$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Boost converters worden gebruikt in de elektronica om een DC-uitgangsspanning te genereren die hoger is dan de DC-ingangsspanning, waardoor de voedingsspanning wordt verhoogd. Boost converters worden vaak gebruikt in voedingen voor witte LED's, accu's voor elektrische auto's en vele andere toepassingen. Een boost converter slaat energie op in het magnetische veld van een inductor en brengt deze over naar een belasting met behulp van een schakelkring. De overdracht van energie vanuit het magnetische veld van de inductor maakt de verhoging van de DC-uitgang in een enkele fase mogelijk. Deze video zal de constructie van een boost converter illustreren en onderzoeken hoe het veranderen van de bedrijfsomstandigheden van de converter van invloed is op de uitgangsspanning.
Deze eenvoudige boost converter circuit bestaat uit een ingangs DC-spanningsbron verbonden met een inductor en een schakelaar. De schakelaar kan een bipolaire transistor, een MOSFET of een andere soortgelijke elektronische apparaat zijn die de inductor afwisselend aansluit en loskoppelt van de gemeenschappelijke lijn van de voeding. Een blokkeerdiode verbindt de inductor met een condensator die de rimpel in de uitgangsspanning filtert. Het verhogen van de capaciteit vermindert de rimpel. Voor een voldoende grote capaciteit wordt de uitgang een constante DC-spanning. Een digitale pulstrein opent of sluit de schakelaar. De puls heeft een duty ratio, dat is de verhouding van de aan-tijd tot de periode. De duty ratio kan variëren van nul of toenemen tot één met meer en meer aan-tijd. Wanneer de puls aan is, sluit de schakelaar en wordt de inductor over de voedingsspanning aangesloten. In deze staat heeft de inductoraansluiting die is verbonden met de uitgang van de voeding een hoger potentieel en de aansluiting die is verbonden met de gemeenschappelijke lijn een lager potentieel. Nu stroomt er stroom door de inductor, die lineair toeneemt met de tijd voor voldoende hoge schakelversnelling. Gedurende deze tijd wordt de spanning van de inductor gedefinieerd als positief omdat de helling van de stroom versus tijd positief is. De inductor slaat energie op die evenredig is met het kwadraat van de stroom in zijn magnetische veld. Hoe langer de inductor is aangesloten op de voeding, hoe meer de stroom toeneemt en hoe meer energie deze opslaat. Wanneer de schakelaar opent, moet de stroom door de inductor in dezelfde richting blijven stromen. Deze stroom neemt ook af omdat de inductor nu energie aan de belasting afgeeft. De spanning van de inductor wordt negatief omdat de helling van de stroom versus tijd negatief is. Als gevolg hiervan verandert de pool van de inductor en voegt deze nu toe aan de ingangsspanning "V in" en produceert een hoger potentieel aan de uitgang. De schakeling in deze toestand, voorwaarts biast de diode en de inductor ontlaadt de stroom, een deel gaat naar de belasting en een deel naar de condensator die vervolgens de lading opslaat. Wanneer de schakelaar weer sluit, wordt de diode omgekeerd voorgespannen, waardoor de inductor van de uitgang wordt losgekoppeld en een kortsluiting van de belasting wordt voorkomen. Gedurende deze tijd laadt de inductor zich opnieuw op en in zijn plaats levert de condensator stroom aan de belasting. Deze cyclus van condensatoroplading en ontlading produceert een gemiddelde uitgangsspanning met een zekere hoeveelheid rimpel. Bij voldoende hoge schakelversnelling zijn de laad- en ontlaadtijden van de condensator kort en bereikt de uitgang een constante spanning met relatief weinig rimpel. Deze schakeling herhaalt zich oneindig en is de basis van de werking van de boost converter. Ideaal gezien neemt de gemiddelde uitgangsspanning toe naarmate de duty ratio toeneemt en een duty ratio van één genereert oneindige spanning. Echter, parasite elementen en weerstand in de boost converter beperken nuttige waarden van D tot een maximum van ongeveer 0,7 of 0,8. Als D voldoende groot is, domineren parasitaire effecten de circuitwerking en neemt de uitgangsspanning af, zelfs als D blijft toenemen. In de volgende experimenten zullen we bestuderen hoe een boost converter de spanning verhoogt in continue geleidingsmodus, ook wel CCM genoemd, een toestand waarin de inductor te allen tijde met een niet-nul stroom werkt.
De uitgangsspanning in dit experiment is beperkt tot 50 volt DC of minder. Gebruik alleen de opgegeven duty cycles, frequenties, ingangsspanningen en belastingen. Deze experimenten maken gebruik van de HiRel Systems Power Pole Board die is ontworpen voor experimenten met verschillende DC naar DC converter circuit topologieën. Met schakelaar S90 uitgeschakeld, sluit de +/- 12 volt signaalbron aan op connector J90. Stel de PWM controleselectie jumpers J62 en J63 in op de open lus positie. Stel de DC-voeding in op positieve 10 volt, maar sluit de uitgang van de voeding niet aan op het bord. Bouw vervolgens de circuit zoals getoond met de onderste MOSFET, de bovenste diode en de BB magnetische board. Noteer de waarde van de inductor op de BB magnetische board. De belastingsweerstand is een vermogenspotentiometer. Gebruik een multimeter om de weerstand te meten terwijl u deze afstemt op 20 ohm. Verbind vervolgens de potentiometer tussen de terminals V1+ en COM. Stel de schakelaar selectiebank S30 als volgt in: PWM naar onderste MOSFET, gebruik onboard PWM en schakelbare belasting uit. Verbind de differentiële sonde van de oscilloscoop tussen terminal 16, dat de gate van de onderste MOSFET is, en terminal 12, dat de bron is. Schakel schakelaar S90 in. De pulstrein die de MOSFET aanstuurt, zou op het scherm van de oscilloscoop moeten verschijnen. Selecteer de tijdas van de oscilloscoop om meerdere perioden van deze golfvorm weer te geven. Stel de frequentie aanpassingspotentiometer RV60 in om een schakelversnelling van 100 kilohertz te produceren. Stel de duty ratio potentiometer RV64 zo in dat de pulsen een aan-tijd van één microseconde hebben, wat overeenkomt met een duty ratio van 0,1.
Verbind de DC-voeding aan de ingangsterminals V2+ en COM. Om de inductorstroom te meten, verbind de differentiële sonde van de oscilloscoop tussen de terminals CS5 en COM. Om de spanning over de belastingsweerstand RL te meten, verbind de andere differentiële sonde tussen de terminals V1+ en COM. De uitgangsspanning zou een driehoeksgolf moeten zijn. De opwaartse ramps gebeuren wanneer de boost converter schakelaar open is en de inductor energie naar de belasting overbre
