DC/DC Hochsetzsteller

Electrical Engineering

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Overview

Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.

Boost-Konverter bieten eine vielseitige Lösung für Intensivierung Gleichspannungen in vielen Anwendungen, wo eine Gleichspannung muss erhöht werden, ohne die Notwendigkeit, es zu AC konvertieren, mit einem Transformator und dann die Trafoleistung beheben. Boost-Konverter sind step-up-Wandler, die eine Induktivität als Energiespeicher zu verwenden, die die Ausgabe mit zusätzlicher Energie neben der DC-Eingangsquelle unterstützt. Dies bewirkt, dass die Ausgangsspannung zu erhöhen.

Das Ziel dieses Experiments ist, unterschiedliche Eigenschaften eines Boost-Konverter zu studieren. Die Step-up-Fähigkeit des Konverters wird unter kontinuierlichen Wärmeleitung Modus (CCM) beobachtet werden, wo die aktuellen Induktivität ungleich Null ist. Open-Loop Betrieb mit einer manuell-Set Tastverhältnis wird verwendet. Eine Annäherung an die Input-Output-Beziehung wird beobachtet.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Elektrotechnik und Informationstechnik. DC/DC Hochsetzsteller. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Ein Boost-Konverter stützt sich auf gespeicherte Energie in die Induktivität L, zur Energieversorgung von der Output-Seite, wo die Last getragen wird, zusätzlich eine DC-Quelle ist die wichtigste Energiequelle. Das grundlegende Konzept hinter Boost-Konverter-Betrieb ist, dass eine Induktivität seine Spannung Polarität um Stromfluss aufrechtzuerhalten umkehren wird. Wie dargestellt in Abb. 1a für eine einfache Boost-Konverter-Schaltung, wenn der Schalter aktiviert ist, für einen Arbeitszyklus D von den Schaltzeitraum T, Induktor Spannung, die VL aufbaut. Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, aktuelle Induktivität hat weiterhin fließt und daher wird der Induktor Spannung Polarität spiegeln, um die Eingangsspannung Vinhinzufügen.

Jedoch, wenn der Schalter eingeschaltet ist, die Last ist kurzgeschlossen und die Ausgangsspannung ist Null, was nicht erwünscht ist. Daher ist eine Sperrdiode in der Output-Seite hinzugefügt, wie in Abb. 1 gezeigt, um verhindern, dass die Last kurzgeschlossen wird. Diese Diode löst noch nicht das Problem der Last keine Spannung zu sehen, wenn der Schalter aktiviert, ist also ein Kondensator hinzugefügt wird, wie in Abb. 1 dargestellt, um die Belastung in der Phase mit notwendigen Strom liefern wenn der Schalter eingeschaltet ist. Beachten Sie, dass bei der Schalter ist, die Diode leuchtet (Reverse voreingenommen), und umgekehrt. Die durchschnittliche Ausgangsspannung bezieht sich somit auf die Eingangsspannung als: < V,> = Vin/(1-D).

Figure 1
Abbildung 1. Schritte zum Aufbau einer Hochsetzsteller

Im weiteren Verlauf dieses Experiment wird es gezeigt, dass die durchschnittliche Ausgangsspannung steigt das Tastverhältnis, D. Dies gilt, da die Ausgangsspannung Spannung Beziehung Eingabe umgekehrt proportional zur -D ist, und somit die Ausgangsspannung und D eine positive Korrelation haben.

Beachten Sie, dass die Gleichung dargestellt für eine ideale Hochsetzsteller ist und scheinen kann, als ob ein D = 1 ergibt unendlich Ausgangsspannung, aber das ist nicht wahr. In Wirklichkeit beginnen parasitären Elementen und Widerstände in der Boost-Konverter Ursache D nach welche parasitäre Effekte auf rund 70-80 % begrenzt werden, dominieren Schaltung Betrieb und verursachen erhebliche Spannung abfällt. An diesem Punkt beginnt die Ausgangsspannung zu verringern, da D erhöht. Mit höher Schaltfrequenzen, verringert sich die Welligkeit der Spannung am Ausgang seit der Spannung aufladen und Entladen Zeiten an den Kondensator werden mit einer verringerten Schaltfrequenz deutlich kürzer.

Procedure

Achtung: Dieses Experiment soll die Ausgangsspannung kleiner als 50V DC zu begrenzen. Verwenden Sie nur Pflicht-Verhältnisse, Frequenzen, Eingangsspannung oder Lasten, die hier gegeben werden.

Dieses Experiment wird die DC-DC Konverter Verpflegung HiRel Systeme nutzen. http://www.hirelsystems.com/Shop/Power-Pole-Board.HTML

Informationen über den Vorstand Betrieb finden Sie in diesem Video Sammlungen "Introduction to HiRel Board."

Das hier gezeigte Verfahren gilt für jede einfache Boost Konverter Schaltung, die auf Proto-Boards, Frühstück Bretter oder Leiterplatten aufgebaut werden kann.

(1) Board-Setup:

  1. ±12 Signal anschließen an der Buchse "DIN" aber halten "S90" aus.
  2. Stellen Sie sicher, dass die PWM-Steuerung-Selektor auf die offene Regelkreis-steht.
  3. Die DC-Stromversorgung auf 10 V eingestellt.
    1. Halten Sie die Ausgabe aus dem Vorstand vorerst getrennt.
  4. Vor dem Anschließen des Last Widerstands, passen Sie an, um 20 Ω.
  5. Bauen Sie die Schaltung in Bild 2 gezeigt, indem die untere MOSFET, obere Diode und BB Magnettafel.
    1. Notieren Sie sich die Induktivität Wert auf dem Board gezeigt.
  6. Schließen Sie "RL"über "V1 +" und "Com"
    1. Beachten Sie, dass die Input- und Output-Anschlüsse im Vergleich zu denen in der Buck-Konverter-Experiment gekippt werden.
    2. NIE trennen die Last während des Experiments als Boost-Konverter kann instabil werden und verursachen Schäden an den Vorstand.
    3. Sicherstellen der Schalter Array für MOSFET Auswahl (untere MOSFET), PWM-Auswahl und anderen Einstellungen richtig Funktionskreis wie in Abb. 2 zu erreichen sind.

Figure 2
Abbildung 2 . Wandlerschaltung steigern

2. Einstellen der Einschaltdauer und Schalthäufigkeit

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über die Gate-Source der unteren MOSFETs.
  2. Schalten Sie "S90." Der Anwendungsbereich sollte ein Schaltsignal angezeigt.
    1. Passen Sie die Signal-Zeit-Achse um zwei oder drei Punkte zu sehen.
    2. Stellen Sie die Frequenz Potentiometer um eine Frequenz von 100 kHz (Periode von 10 µs) zu erreichen.
  3. Passen Sie das Dienst Verhältnis Potentiometer um eine 10 % Tastverhältnis (pünktlich von 1 µs) zu erreichen.

(3) die Prüfung für die Variable Eingabe Hochsetzsteller

  1. Schließen Sie die Eingabe DC-Stromversorgung, die bereits bei 10 V, "V2 +" und "Com" eingestellt
  2. Schließen Sie die differenzielle Sonde zur Messung des Induktors zurzeit "CS5."
    1. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last. Stellen Sie sicher, dass der Boden-Anschluss für "Com"
    2. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten, Induktor Stromwelligkeit und Induktivität aktuelle bedeuten.
    3. Erfassen der Eingangsstrom und Spannung Lesungen auf dem DC-Netzteil.
  3. Passen Sie die Eingangsspannung 8 V, 12 V und 14 V, und wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser Spannungen.
  4. Trennen Sie den Eingang DC liefern und passen Sie die Leistung auf 10 V.

(4) die Prüfung für Variable Einschaltverhältnis Hochsetzsteller

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle des unteren MOSFET.
    1. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last. Stellen Sie sicher, dass der Boden-Anschluss für "Com"
    2. Schließen Sie die DC-Eingangsspannung "V2 +" und "Com"
    3. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten und Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung (auch das Tastverhältnis).
    4. Erfassen der Eingangsstrom und Spannung Lesungen auf dem DC-Netzteil.
  2. Passen Sie das Einschaltverhältnis um 20 %, 40 % und 60 %. Wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser drei Pflicht-Verhältnisse.
  3. Setzen Sie das Einschaltverhältnis auf 10 %.
  4. Trennen Sie den DC-Eingangsspannung.

(5) Konverter Tests für Variable Schaltfrequenz zu steigern

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle des unteren MOSFET.
  2. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last mit dem Boden-Stecker angeschlossen für "Com"
  3. Schließen Sie die DC-Eingangsspannung "V2 +" und "Com"
  4. Passen Sie die Schaltfrequenz bis 70 kHz.
  5. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten und Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung (auch das Tastverhältnis).
  6. Aufzeichnung der Eingangsstrom und lesen auf die DC Spannung liefern.
  7. Passen Sie die Schaltfrequenz bis 40 kHz, 20 kHz und 10 kHz (oder mindestens möglich 10 kHz erreichbar).
  8. Wiederholen Sie die obigen Schritte für alle diese drei Schaltfrequenzen.
  9. Schalten Sie den DC-Eingangsspannung und "S90", und dann zerlegen Sie die Schaltung zu.

Boost-Wandler sind in der Elektronik verwendet, um eine DC-Ausgangsspannung erzeugen, die größer ist als der DC-Eingang, daher Steigerung der Versorgungsspannung. Boost-Wandler werden häufig bei den Netzteilen für weiße LEDs, Akku-Packs für Elektroautos und vielen anderen Anwendungen verwendet. Ein Boost-Konverter speichert Energie in einer Induktivität Magnetfeld und übergibt ihn an eine Belastung mit einem Schaltkreis. Die Übertragung von Energie von den Induktor Magnetfeld ermöglicht den Anstieg der DC-Ausgang in einer Stufe. Dieses Video wird veranschaulichen den Bau einen Hochsetzsteller und untersuchen, wie der Konverter Betriebszustand ändern seine Ausgangsspannung auswirkt.

Diese einfache Boost-Konverter-Schaltung besteht aus einer Eingabe Gleichspannungsquelle mit einer Induktivität und einem Switch verbunden. Der Schalter kann eine bipolar-Transistor, einen MOSFET oder andere ähnliche elektronische Geräte, der abwechselnd verbindet und trennt die gemeinsame Linie der Stromversorgung den Induktor. Eine Sperrdiode verbindet die Induktivität mit einem Kondensator, der die Welligkeit der Ausgangsspannung filtert. Erhöhung der Kapazität sinkt die Welligkeit. Die Ausgabe wird für eine ausreichend große Kapazität eine stabile Gleichspannung. Eine digitale Impulsfolge öffnet oder schließt den Schalter. Der Puls ist ein Pflicht-Verhältnis ist das Verhältnis der Einschaltzeit auf den Zeitraum. Das Tastverhältnis kann variieren von Null oder bis zu einer mit mehr und mehr auf Zeit zu erhöhen. Wenn der Puls auf ist, schließt sich des Schalters und die Induktivität wird über die Versorgungsspannung angeschlossen. In diesem Zustand der Induktor terminal mit dem Ausgang des Netzteils verbunden hat das höhere Potenzial und das Terminal für das Gemeinwohl verbunden hat das Potenzial, niedrigerere. Jetzt Strom fließt durch den Induktor steigt linear mit Zeit für ausreichend hohe Schaltfrequenzen. Während dieser Zeit ist die Induktivität Spannung positiv sein, weil die Steigung des Stroms im Vergleich zur Zeit positiv definiert. Der Induktor speichert Energie proportional zum Quadrat des Stromes in das Magnetfeld. Je länger ist die Induktivität verbunden, das Netzteil, der aktuelleren steigt, desto mehr Energie kann, die es speichert. Wenn der Schalter geöffnet wird, muss Strom durch die Induktivität weiter in die gleiche Richtung fließt. Dieser Strom nimmt auch weil die Induktivität nun, Energie, um die Last aufgibt. Die Induktivität Spannung wird negativ, weil die Steigung der aktuellen versus Zeit negativ ist. Infolgedessen die Induktivität Polarität flips und jetzt trägt dazu bei, "V" Spannungseingang produzieren ein höheres Potential am Ausgang. Die Schaltung in diesem Zustand, Vorurteile nach vorne, die Diode und die Induktivität Einleitungen aktuelle, einige gehen zur Last, und einige gehen, um den Kondensator der speichert dann die Ladung. Wenn der Schalter wieder die Diode schließt wird umgekehrte voreingenommene trennen die Induktivität vom Ausgang und einen Kurzschluss der Last zu verhindern. Während dieser Zeit lädt die Induktivität und an seiner Stelle der Kondensator liefert aktuelle zur Last. Dieser Zyklus der Kondensator Ladung und Entladung erzeugt eine durchschnittliche Ausgangsspannung mit gewisse Welligkeit. Bei ausreichend hohen Schaltfrequenzen, der Kondensator Ladung und Entladung Zeiten sind kurz und die Ausgabe erreicht eine Steady-State-Spannung mit relativ kleinen Kräuselung. Diese Schaltzyklus wiederholt auf unbestimmte Zeit und ist die Grundlage der Boost-Konverter-Betrieb. Im Idealfall steigt die durchschnittliche Ausgangsspannung das Einschaltverhältnis erhöht und eine Einschaltdauer von einem unendliche Spannung erzeugt. Aber parasitären Elementen und Widerstände in der Hochsetzsteller Grenzwerte nützlich von D bis maximal 0,7 oder 0,8. Wenn D groß genug ist, parasitäre Effekte dominieren Schaltung Betrieb und Ausgang Spannung sinkt, selbst als D nimmt weiter zu. In den folgenden Experimenten, die wir untersuchen wird wie einen Hochsetzsteller Schritte bis Spannung im kontinuierlichen Wärmeleitung Modus, CCM, eine Bedingung, wenn die Induktivität bei aller Zeiten mit nicht Null Strom betreibt auch genannt werden.

Die Ausgangsspannung bei diesem Experiment ist auf 50 Volt DC oder weniger beschränkt. Verwenden Sie nur die angegebenen Einschaltdauer, Frequenzen, Eingangsspannungen und Lasten. Diese Experimente nutzen HiRel Systeme Power Pole Board, die für Experimente mit unterschiedlichen DC-DC Wandler Schaltung Topologien ausgelegt ist. Mit Signal Versorgung Schalter S90 ausgeschaltet, Stecker der +/-12 Volt Signal-Versorgung in Den Stecker J90. Jumper die PWM-Steuerung Auswahl J62 und J63 an die Open-Loop-Position. Passen Sie die DC-Stromversorgung, positive 10 Volt, aber schließen Sie die Stromversorgung nicht in den Vorstand. Als Nächstes erstellen Sie die Schaltung wie mit der unteren MOSFET, die obere Diode und die BB-Magnettafel gezeigt. Nehmen Sie den Wert der Induktivität auf der BB-Magnettafel. Der Last-Widerstand ist ein Power-Poti. Verwenden Sie einen Multi-Meter, um es ist während der Einstellung es auf 20 Ohm Widerstand zu messen. Das Potentiometer zwischen Klemmen V1 + und com Set Schalter Selektor Bank S30 dann wie folgt anschließen: PWM nach unten MOSFET, an Bord PWM zu verwenden, und Last ausgeschaltet. Schließen Sie das Oszilloskop Differenzialfühler zwischen Klemme 16 ist das Tor des unteren MOSFET und Klemme 12, die die Quelle ist. Schalten Sie ein S90. Die Impulsfolge, die MOSFET treibt sollte auf den Anwendungsbereich Bildschirm angezeigt. Wählen Sie den Bereich Zeitachse mehrere Perioden dieser Wellenform angezeigt. Legen Sie Frequenz Einstellung Potentiometer RV60 herstellen eine Schaltfrequenz von 100 Kilohertz. Pflicht-Verhältnis Potentiometer RV64 so die Impulse haben eine Einschaltzeit von einer Mikrosekunde entspricht einem Tastverhältnis von 0,1 eingestellt.

Verbinden Sie das DC-Netzteil mit Eingangsklemmen V2 + und COM. Um die Induktivität zu messen Strom verbinden die differenzielle Umfang Sonde zwischen den Klemmen CS5 und com Um die Spannung über Last Widerstand RL messen, verbinden Sie die Differenzialfühler zwischen den Klemmen V1 + und com Die Ausgangsspannung sollte ein Dreieck-Welle. Die Rampen nach oben auftreten, wenn die Boost-Konverter-Schalter geöffnet ist und die Induktivität Energie auf die Last überträgt. Die Rampen nach unten treten auf, wenn der Schalter geschlossen, die Induktivität vom Ausgang getrennt wird und der Kondensator ist die Energieversorgung zur Last. Der Induktor aktuelle ist eine Dreieck-Welle die Rampen bis linear während der Einschaltzeit der Puls trainieren, dann Rampen nach unten linear während der off-Zeit. Der Offset ist die durchschnittliche Stromstärke. Mit des Anwendungsbereich erbaute Messfunktionen, Messen Sie den Mittelwert der Ausgangsspannung und der Mittelwert der aktuellen Induktivität. Wiederholen Sie diese Schritte mit dem input DC Netzteil eingestellt bis 8, 12 und 14 Volt. Für eine feste Verpflichtung Verhältnis wie die Eingangsspannung die Ausgangsspannung des eine ideale Hochsetzsteller steigt sollte proportional zu erhöhen.

Dieser Teil des Experiments misst das Einschaltverhältnis der Puls trainieren anstatt der aktuellen Induktor. Die Umfang-Sonden zwischen den Klemmen 16 und 12, die das Tor und Quelle der unteren MOSFETs jeweils sind zu verbinden. Schließen Sie die Eingabe DC-Stromversorgung an Klemmen V2 + und COM. Wie ist vor, die Ausgangsspannung einer Dreieck-Welle aus der Induktivität und Kondensator abwechselnd liefert aktuelle zur Last. Die Gate-Source-Spannung des MOSFET ist eine digitale Impulsfolge mit einer Frequenz von 100 Kilohertz, einen Zeitraum von 10 Mikrosekunden und einer auf Zeit von einer Mikrosekunde. Messen Sie den Mittelwert der Ausgangsspannung und die Einschaltzeit des Tores Quellenspannung zusammen mit der Eingangsstrom und Spannung Lesungen von der DC-Stromversorgung. Wiederholen Sie diesen Test Pflicht Verhältnis Potentiometer RV64 bereinigt, so dass der Puls Strom eine Einschaltzeit von zwei, vier und sechs Mikrosekunden, hat die Pflicht Verhältnisse von 0,2, 0,4 bis 0,6 entsprechen.

Mit zunehmender Tastverhältnis D steigt auch die Ausgangsspannung der Hochsetzsteller. Ideal wenn D einen Wert von 0,2 hat erzeugt eine Eingabe von 10 Volt eine Leistung von etwa 12,5 Volt. Wenn D 0,4 ist wäre die Ausgabe etwa 16,6 Volt. Wenn D 0,6 ist wäre die Ausgabe etwa 25 Volt. Im Allgemeinen ist die Ausgangsspannung kleiner als erwartet aus dem idealen Verhältnis da parasitäre Elementen nicht ideale Spannungsabfälle und vermisst Energieverlust erstellen. Wie man sich das Einschaltverhältnis nähert, wird die theoretische Ausgangsspannung unendlich groß. In Wirklichkeit die Ausgangsspannung beschränkt sich auf etwa drei oder vier Mal der Eingangsspannung und der Einfluss der parasitären und nicht ideale Komponenten bewirkt, dass die Ausgangsspannung zu verringern, nachdem D hoch genug ist.

Boost-Konverter erzeugen eine Ausgangsspannung, die größer als die Eingangsspannung ist und viele Anwendungen integrieren, um Flexibilität bei der Wahl der Stromquellen zu erhöhen. Die Spannung von einem Solar-Panel ändert sich mit der Position der Sonne, Witterung und Schatten. Boost-Wandler werden häufig verwendet, um verstärken die Variable Ausgabe eines Solar-Panel-Arrays ermöglichen eine konsistente Spannung, in ein Stromnetz einzuspeisen. Batteriebetriebene Systeme werden häufig die Stromversorgung der Geräte ohne den Einsatz von einem Netzkabel verwendet. Um die erforderliche höhere Ausgangsspannung zu erreichen, werden oft Batteriezellen gestapelt. Dies kann eine Menge Platz nehmen, wenn viele Zellen benötigt werden, um die gewünschte Ausgabe zu erreichen. Stattdessen sind Boost-Konverter verwendet, um die Spannung verstärken, bei gleichzeitiger Einsparung von Speicherplatz.

Sie haben nur Jupiters Introduction to Boost-Konverter beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie Boost-Konverter arbeiten und wie Anpassung der Spannung, Tastverhältnis und Frequenz eingeben die Ausgangsspannung auswirkt. Danke fürs Zuschauen.

Results

Die Boost-Konverter Ausgabe-Eingangsspannung Beziehung ist proportional zur das Tastverhältnis in dem Sinne, dass höhere D höhere Ausgangsspannungen für einen bestimmten Eingangsspannung erzielt werden. Wenn die Eingangsspannung Vinund die Ausgangsspannung ist V,, ist V, /Vin= 1 / (1 -D), wobei 0≤D≤ 100 %. Daher für eine Eingangsspannung von 10 V, V,≈ 12,5 V für D = 20 %, V, 16,67 V für D= 40 %, und V,≈ 25 V für D = 60 %.

Trotzdem wird die Ausgangsspannung niedriger als erwartet aus der idealen Beziehung, die linear mit der Einschaltdauer ist. Der Hauptgrund dafür ist, dass das ideale Konverter-Modell aus dem V,/ vin Beziehung abgeleitet werden kann nicht für nicht-Idealities berücksichtigt und Spannungsabfälle im Konverter. Theoretisch, da D→100 %, V,→∞; in der Praxis ist eine theoretische Begrenzung auf die Steigerung um 3-4 x die Eingangsspannung, und nachdem ein gewisses Maß an D, die Ausgangsspannung des Stromrichters beginnt zu fallen, anstatt gefördert durch parasitäre und nicht-ideale Elemente in einem echten Konverter.

Applications and Summary

Boost-Konverter sind sehr häufig in solar Photovoltaik-Anwendungen wo die Eingangsspannung aus dem Solar-Panel variiert je nach Wetterbedingungen und verfügbaren Solarenergie und einen Hochsetzsteller kann immer von der PV-Panel Spannung steigern. Leistungsfaktorkorrektur Netzqualität zu verbessern, wie aus dem Versorgungsnetz mit Leistungselektronik lädt die erhebliche Blindleistung erfordern, z. B. Motoren, ist eine weitere wichtige Anwendung der Boost-Konverter.

Achtung: Dieses Experiment soll die Ausgangsspannung kleiner als 50V DC zu begrenzen. Verwenden Sie nur Pflicht-Verhältnisse, Frequenzen, Eingangsspannung oder Lasten, die hier gegeben werden.

Dieses Experiment wird die DC-DC Konverter Verpflegung HiRel Systeme nutzen. http://www.hirelsystems.com/Shop/Power-Pole-Board.HTML

Informationen über den Vorstand Betrieb finden Sie in diesem Video Sammlungen "Introduction to HiRel Board."

Das hier gezeigte Verfahren gilt für jede einfache Boost Konverter Schaltung, die auf Proto-Boards, Frühstück Bretter oder Leiterplatten aufgebaut werden kann.

(1) Board-Setup:

  1. ±12 Signal anschließen an der Buchse "DIN" aber halten "S90" aus.
  2. Stellen Sie sicher, dass die PWM-Steuerung-Selektor auf die offene Regelkreis-steht.
  3. Die DC-Stromversorgung auf 10 V eingestellt.
    1. Halten Sie die Ausgabe aus dem Vorstand vorerst getrennt.
  4. Vor dem Anschließen des Last Widerstands, passen Sie an, um 20 Ω.
  5. Bauen Sie die Schaltung in Bild 2 gezeigt, indem die untere MOSFET, obere Diode und BB Magnettafel.
    1. Notieren Sie sich die Induktivität Wert auf dem Board gezeigt.
  6. Schließen Sie "RL"über "V1 +" und "Com"
    1. Beachten Sie, dass die Input- und Output-Anschlüsse im Vergleich zu denen in der Buck-Konverter-Experiment gekippt werden.
    2. NIE trennen die Last während des Experiments als Boost-Konverter kann instabil werden und verursachen Schäden an den Vorstand.
    3. Sicherstellen der Schalter Array für MOSFET Auswahl (untere MOSFET), PWM-Auswahl und anderen Einstellungen richtig Funktionskreis wie in Abb. 2 zu erreichen sind.

Figure 2
Abbildung 2 . Wandlerschaltung steigern

2. Einstellen der Einschaltdauer und Schalthäufigkeit

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über die Gate-Source der unteren MOSFETs.
  2. Schalten Sie "S90." Der Anwendungsbereich sollte ein Schaltsignal angezeigt.
    1. Passen Sie die Signal-Zeit-Achse um zwei oder drei Punkte zu sehen.
    2. Stellen Sie die Frequenz Potentiometer um eine Frequenz von 100 kHz (Periode von 10 µs) zu erreichen.
  3. Passen Sie das Dienst Verhältnis Potentiometer um eine 10 % Tastverhältnis (pünktlich von 1 µs) zu erreichen.

(3) die Prüfung für die Variable Eingabe Hochsetzsteller

  1. Schließen Sie die Eingabe DC-Stromversorgung, die bereits bei 10 V, "V2 +" und "Com" eingestellt
  2. Schließen Sie die differenzielle Sonde zur Messung des Induktors zurzeit "CS5."
    1. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last. Stellen Sie sicher, dass der Boden-Anschluss für "Com"
    2. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten, Induktor Stromwelligkeit und Induktivität aktuelle bedeuten.
    3. Erfassen der Eingangsstrom und Spannung Lesungen auf dem DC-Netzteil.
  3. Passen Sie die Eingangsspannung 8 V, 12 V und 14 V, und wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser Spannungen.
  4. Trennen Sie den Eingang DC liefern und passen Sie die Leistung auf 10 V.

(4) die Prüfung für Variable Einschaltverhältnis Hochsetzsteller

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle des unteren MOSFET.
    1. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last. Stellen Sie sicher, dass der Boden-Anschluss für "Com"
    2. Schließen Sie die DC-Eingangsspannung "V2 +" und "Com"
    3. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten und Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung (auch das Tastverhältnis).
    4. Erfassen der Eingangsstrom und Spannung Lesungen auf dem DC-Netzteil.
  2. Passen Sie das Einschaltverhältnis um 20 %, 40 % und 60 %. Wiederholen Sie die oben genannten Schritte für jede dieser drei Pflicht-Verhältnisse.
  3. Setzen Sie das Einschaltverhältnis auf 10 %.
  4. Trennen Sie den DC-Eingangsspannung.

(5) Konverter Tests für Variable Schaltfrequenz zu steigern

  1. Verbinden Sie die Differenzialfühler über das Tor zur Quelle des unteren MOSFET.
  2. Verbinden Sie die andere Sonde über die Last mit dem Boden-Stecker angeschlossen für "Com"
  3. Schließen Sie die DC-Eingangsspannung "V2 +" und "Com"
  4. Passen Sie die Schaltfrequenz bis 70 kHz.
  5. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgang Spannung bedeuten und Einschaltzeit der Gate-Source-Spannung (auch das Tastverhältnis).
  6. Aufzeichnung der Eingangsstrom und lesen auf die DC Spannung liefern.
  7. Passen Sie die Schaltfrequenz bis 40 kHz, 20 kHz und 10 kHz (oder mindestens möglich 10 kHz erreichbar).
  8. Wiederholen Sie die obigen Schritte für alle diese drei Schaltfrequenzen.
  9. Schalten Sie den DC-Eingangsspannung und "S90", und dann zerlegen Sie die Schaltung zu.

Boost-Wandler sind in der Elektronik verwendet, um eine DC-Ausgangsspannung erzeugen, die größer ist als der DC-Eingang, daher Steigerung der Versorgungsspannung. Boost-Wandler werden häufig bei den Netzteilen für weiße LEDs, Akku-Packs für Elektroautos und vielen anderen Anwendungen verwendet. Ein Boost-Konverter speichert Energie in einer Induktivität Magnetfeld und übergibt ihn an eine Belastung mit einem Schaltkreis. Die Übertragung von Energie von den Induktor Magnetfeld ermöglicht den Anstieg der DC-Ausgang in einer Stufe. Dieses Video wird veranschaulichen den Bau einen Hochsetzsteller und untersuchen, wie der Konverter Betriebszustand ändern seine Ausgangsspannung auswirkt.

Diese einfache Boost-Konverter-Schaltung besteht aus einer Eingabe Gleichspannungsquelle mit einer Induktivität und einem Switch verbunden. Der Schalter kann eine bipolar-Transistor, einen MOSFET oder andere ähnliche elektronische Geräte, der abwechselnd verbindet und trennt die gemeinsame Linie der Stromversorgung den Induktor. Eine Sperrdiode verbindet die Induktivität mit einem Kondensator, der die Welligkeit der Ausgangsspannung filtert. Erhöhung der Kapazität sinkt die Welligkeit. Die Ausgabe wird für eine ausreichend große Kapazität eine stabile Gleichspannung. Eine digitale Impulsfolge öffnet oder schließt den Schalter. Der Puls ist ein Pflicht-Verhältnis ist das Verhältnis der Einschaltzeit auf den Zeitraum. Das Tastverhältnis kann variieren von Null oder bis zu einer mit mehr und mehr auf Zeit zu erhöhen. Wenn der Puls auf ist, schließt sich des Schalters und die Induktivität wird über die Versorgungsspannung angeschlossen. In diesem Zustand der Induktor terminal mit dem Ausgang des Netzteils verbunden hat das höhere Potenzial und das Terminal für das Gemeinwohl verbunden hat das Potenzial, niedrigerere. Jetzt Strom fließt durch den Induktor steigt linear mit Zeit für ausreichend hohe Schaltfrequenzen. Während dieser Zeit ist die Induktivität Spannung positiv sein, weil die Steigung des Stroms im Vergleich zur Zeit positiv definiert. Der Induktor speichert Energie proportional zum Quadrat des Stromes in das Magnetfeld. Je länger ist die Induktivität verbunden, das Netzteil, der aktuelleren steigt, desto mehr Energie kann, die es speichert. Wenn der Schalter geöffnet wird, muss Strom durch die Induktivität weiter in die gleiche Richtung fließt. Dieser Strom nimmt auch weil die Induktivität nun, Energie, um die Last aufgibt. Die Induktivität Spannung wird negativ, weil die Steigung der aktuellen versus Zeit negativ ist. Infolgedessen die Induktivität Polarität flips und jetzt trägt dazu bei, "V" Spannungseingang produzieren ein höheres Potential am Ausgang. Die Schaltung in diesem Zustand, Vorurteile nach vorne, die Diode und die Induktivität Einleitungen aktuelle, einige gehen zur Last, und einige gehen, um den Kondensator der speichert dann die Ladung. Wenn der Schalter wieder die Diode schließt wird umgekehrte voreingenommene trennen die Induktivität vom Ausgang und einen Kurzschluss der Last zu verhindern. Während dieser Zeit lädt die Induktivität und an seiner Stelle der Kondensator liefert aktuelle zur Last. Dieser Zyklus der Kondensator Ladung und Entladung erzeugt eine durchschnittliche Ausgangsspannung mit gewisse Welligkeit. Bei ausreichend hohen Schaltfrequenzen, der Kondensator Ladung und Entladung Zeiten sind kurz und die Ausgabe erreicht eine Steady-State-Spannung mit relativ kleinen Kräuselung. Diese Schaltzyklus wiederholt auf unbestimmte Zeit und ist die Grundlage der Boost-Konverter-Betrieb. Im Idealfall steigt die durchschnittliche Ausgangsspannung das Einschaltverhältnis erhöht und eine Einschaltdauer von einem unendliche Spannung erzeugt. Aber parasitären Elementen und Widerstände in der Hochsetzsteller Grenzwerte nützlich von D bis maximal 0,7 oder 0,8. Wenn D groß genug ist, parasitäre Effekte dominieren Schaltung Betrieb und Ausgang Spannung sinkt, selbst als D nimmt weiter zu. In den folgenden Experimenten, die wir untersuchen wird wie einen Hochsetzsteller Schritte bis Spannung im kontinuierlichen Wärmeleitung Modus, CCM, eine Bedingung, wenn die Induktivität bei aller Zeiten mit nicht Null Strom betreibt auch genannt werden.

Die Ausgangsspannung bei diesem Experiment ist auf 50 Volt DC oder weniger beschränkt. Verwenden Sie nur die angegebenen Einschaltdauer, Frequenzen, Eingangsspannungen und Lasten. Diese Experimente nutzen HiRel Systeme Power Pole Board, die für Experimente mit unterschiedlichen DC-DC Wandler Schaltung Topologien ausgelegt ist. Mit Signal Versorgung Schalter S90 ausgeschaltet, Stecker der +/-12 Volt Signal-Versorgung in Den Stecker J90. Jumper die PWM-Steuerung Auswahl J62 und J63 an die Open-Loop-Position. Passen Sie die DC-Stromversorgung, positive 10 Volt, aber schließen Sie die Stromversorgung nicht in den Vorstand. Als Nächstes erstellen Sie die Schaltung wie mit der unteren MOSFET, die obere Diode und die BB-Magnettafel gezeigt. Nehmen Sie den Wert der Induktivität auf der BB-Magnettafel. Der Last-Widerstand ist ein Power-Poti. Verwenden Sie einen Multi-Meter, um es ist während der Einstellung es auf 20 Ohm Widerstand zu messen. Das Potentiometer zwischen Klemmen V1 + und com Set Schalter Selektor Bank S30 dann wie folgt anschließen: PWM nach unten MOSFET, an Bord PWM zu verwenden, und Last ausgeschaltet. Schließen Sie das Oszilloskop Differenzialfühler zwischen Klemme 16 ist das Tor des unteren MOSFET und Klemme 12, die die Quelle ist. Schalten Sie ein S90. Die Impulsfolge, die MOSFET treibt sollte auf den Anwendungsbereich Bildschirm angezeigt. Wählen Sie den Bereich Zeitachse mehrere Perioden dieser Wellenform angezeigt. Legen Sie Frequenz Einstellung Potentiometer RV60 herstellen eine Schaltfrequenz von 100 Kilohertz. Pflicht-Verhältnis Potentiometer RV64 so die Impulse haben eine Einschaltzeit von einer Mikrosekunde entspricht einem Tastverhältnis von 0,1 eingestellt.

Verbinden Sie das DC-Netzteil mit Eingangsklemmen V2 + und COM. Um die Induktivität zu messen Strom verbinden die differenzielle Umfang Sonde zwischen den Klemmen CS5 und com Um die Spannung über Last Widerstand RL messen, verbinden Sie die Differenzialfühler zwischen den Klemmen V1 + und com Die Ausgangsspannung sollte ein Dreieck-Welle. Die Rampen nach oben auftreten, wenn die Boost-Konverter-Schalter geöffnet ist und die Induktivität Energie auf die Last überträgt. Die Rampen nach unten treten auf, wenn der Schalter geschlossen, die Induktivität vom Ausgang getrennt wird und der Kondensator ist die Energieversorgung zur Last. Der Induktor aktuelle ist eine Dreieck-Welle die Rampen bis linear während der Einschaltzeit der Puls trainieren, dann Rampen nach unten linear während der off-Zeit. Der Offset ist die durchschnittliche Stromstärke. Mit des Anwendungsbereich erbaute Messfunktionen, Messen Sie den Mittelwert der Ausgangsspannung und der Mittelwert der aktuellen Induktivität. Wiederholen Sie diese Schritte mit dem input DC Netzteil eingestellt bis 8, 12 und 14 Volt. Für eine feste Verpflichtung Verhältnis wie die Eingangsspannung die Ausgangsspannung des eine ideale Hochsetzsteller steigt sollte proportional zu erhöhen.

Dieser Teil des Experiments misst das Einschaltverhältnis der Puls trainieren anstatt der aktuellen Induktor. Die Umfang-Sonden zwischen den Klemmen 16 und 12, die das Tor und Quelle der unteren MOSFETs jeweils sind zu verbinden. Schließen Sie die Eingabe DC-Stromversorgung an Klemmen V2 + und COM. Wie ist vor, die Ausgangsspannung einer Dreieck-Welle aus der Induktivität und Kondensator abwechselnd liefert aktuelle zur Last. Die Gate-Source-Spannung des MOSFET ist eine digitale Impulsfolge mit einer Frequenz von 100 Kilohertz, einen Zeitraum von 10 Mikrosekunden und einer auf Zeit von einer Mikrosekunde. Messen Sie den Mittelwert der Ausgangsspannung und die Einschaltzeit des Tores Quellenspannung zusammen mit der Eingangsstrom und Spannung Lesungen von der DC-Stromversorgung. Wiederholen Sie diesen Test Pflicht Verhältnis Potentiometer RV64 bereinigt, so dass der Puls Strom eine Einschaltzeit von zwei, vier und sechs Mikrosekunden, hat die Pflicht Verhältnisse von 0,2, 0,4 bis 0,6 entsprechen.

Mit zunehmender Tastverhältnis D steigt auch die Ausgangsspannung der Hochsetzsteller. Ideal wenn D einen Wert von 0,2 hat erzeugt eine Eingabe von 10 Volt eine Leistung von etwa 12,5 Volt. Wenn D 0,4 ist wäre die Ausgabe etwa 16,6 Volt. Wenn D 0,6 ist wäre die Ausgabe etwa 25 Volt. Im Allgemeinen ist die Ausgangsspannung kleiner als erwartet aus dem idealen Verhältnis da parasitäre Elementen nicht ideale Spannungsabfälle und vermisst Energieverlust erstellen. Wie man sich das Einschaltverhältnis nähert, wird die theoretische Ausgangsspannung unendlich groß. In Wirklichkeit die Ausgangsspannung beschränkt sich auf etwa drei oder vier Mal der Eingangsspannung und der Einfluss der parasitären und nicht ideale Komponenten bewirkt, dass die Ausgangsspannung zu verringern, nachdem D hoch genug ist.

Boost-Konverter erzeugen eine Ausgangsspannung, die größer als die Eingangsspannung ist und viele Anwendungen integrieren, um Flexibilität bei der Wahl der Stromquellen zu erhöhen. Die Spannung von einem Solar-Panel ändert sich mit der Position der Sonne, Witterung und Schatten. Boost-Wandler werden häufig verwendet, um verstärken die Variable Ausgabe eines Solar-Panel-Arrays ermöglichen eine konsistente Spannung, in ein Stromnetz einzuspeisen. Batteriebetriebene Systeme werden häufig die Stromversorgung der Geräte ohne den Einsatz von einem Netzkabel verwendet. Um die erforderliche höhere Ausgangsspannung zu erreichen, werden oft Batteriezellen gestapelt. Dies kann eine Menge Platz nehmen, wenn viele Zellen benötigt werden, um die gewünschte Ausgabe zu erreichen. Stattdessen sind Boost-Konverter verwendet, um die Spannung verstärken, bei gleichzeitiger Einsparung von Speicherplatz.

Sie haben nur Jupiters Introduction to Boost-Konverter beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie Boost-Konverter arbeiten und wie Anpassung der Spannung, Tastverhältnis und Frequenz eingeben die Ausgangsspannung auswirkt. Danke fürs Zuschauen.

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