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dc/dc 升压转换器

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在电子学中, 升压转换器用于产生比直流输入更大的直流输出电压, 从而提高电源电压。升压转换器通常用于白光 led、电动汽车电池组和许多其他应用的电源。升压转换器将能量存储在电感的磁场中, 并将其传输到带有开关电路的负载上。从电感的磁场能量的转移使直流输出的增加在一个单一的阶段。该视频将说明升压转换器的构造, 并研究转换器的工作状态如何影响其输出电压。

这个简单的升压转换电路包括一个输入直流电压源连接到一个电感器和一个开关。该开关可以是双极晶体管、MOSFET 或其他类似的电子设备, 可交替连接和断开电感与电源的共同线路。阻挡二极管将电感器连接到电容器上, 从而过滤输出电压中的波纹。增加电容会降低波纹。对于一个足够大的电容, 输出变成一个稳定的直流电压。数字脉冲列车打开或关闭开关。脉冲的占空比是时间的比值。关税比可以从零或增加到一个随着时间的推移越来越多。当脉冲打开时, 开关关闭, 电感器通过电源电压连接。在这种状态下, 连接到电源输出的电感端子具有较高的电位, 而连接到普通的端子具有较低的电位。现在流经电感器的电流随着足够高的开关频率线性增加。在这段时间内, 电感电压被定义为正值, 因为电流与时间的斜率为正值。电感器将能量与磁场中电流的平方成正比。电感器连接到电源的时间越长, 电流的增加和存储的能量就越多。当开关打开时, 电流通过电感器必须继续向同一方向流动。这电流也减少, 因为电感现在放弃能量的负载。由于电流与时间的斜率为负值, 电感器电压变为负值。因此, 电感的极性翻转, 现在增加输入电压 "V" 产生更高的潜力在输出。在这种状态下的电路, 向前偏移二极管和电感器放电电流, 一些去负载, 和一些去电容器, 然后存储充电。当开关再次关闭时, 二极管变为反向偏心, 将电感从输出中断开, 并防止负载短路。在这期间感应器充电和在它的地方电容器提供潮流到装载。这个循环的电容器充电和放电产生一个平均输出电压, 有一定数量的波纹。在足够高的开关频率, 电容器的充放电时间短, 输出达到一个稳定的状态电压相对较少的波纹。这种切换周期是无限重复的, 是升压转换器操作的基础。理想情况下, 平均输出电压随着占空比的增加而增加, 一个占空比会产生无限电压。然而, 在升压转换器中的寄生元素和电阻将 D 的有用值限制在最大约0.7 或0.8。如果 d 足够大, 寄生作用控制电路操作, 并且输出电压减少, 即使 d 继续增加。在下面的实验中, 我们将研究升压转换器如何在连续传导模式下加速电压, 也称为 CCM, 这种情况下, 电感在任何时候都以非零电流运行。

这个实验的输出电压限制在50伏直流或更少。只使用指定的工作周期、频率、输入电压和负载。这些实验采用了 HiRel 系统电源杆板, 设计用于不同直流变换器电路拓扑的实验。当信号电源开关 S90 关闭时, 将 +/-12 伏信号电源插入到巢穴连接器 J90。将 PWM 控制选择跳线 J62 和 J63 设置为开环位置。将直流电源调整为正10伏, 但不要将电源输出连接到主板。下一步建立电路, 如下所示的 MOSFET, 上二极管, 和 BB 磁板。在 BB 磁板上记录电感器的值。负载电阻器是一个功率电位器。使用多米测量它的阻力, 而调整它的20欧姆。然后在终端 V1+ 和 COM 之间连接电位计. 设置开关选择器银行 S30 如下: pwm 到底部 MOSFET, 使用板载 pwm, 和交换负载关闭。将示波器的差分探头连接在16号端子之间, 它是下部 MOSFET 的栅极和12终端的源。打开开关 S90。驱动 MOSFET 的脉冲列车应该出现在示波器的屏幕上。选择作用域的时间轴以显示此波形窗体的多个周期。设置频率调节电位器 RV60, 产生100赫兹的开关频率。设置占空比电位器 RV64 因此, 脉冲有一个微秒的时间, 这相当于占比0.1。

将直流电源连接到输入终端 V2+ 和 COM。测量电感电流连接 CS5 和 COM 之间的差分范围探头。要测量负载电阻器的电压, 请在 V1+ 和 COM 之间连接其他差分探头。输出电压应为三角形波。当升压转换开关打开, 感应器向负载传递能量时, 向上的斜坡就发生了。当开关关闭时, 向下的斜坡发生, 电感与输出断开, 电容器为负载提供能量。电感电流是在脉冲列车的时间内线性上升的三角形波, 在关闭时间内线性下降。偏移量是平均电流。利用示波器内置的测量功能, 测量输出电压的平均值和电感电流的平均值值。重复这些步骤, 输入的直流电源设置为八、12和14伏。作为输入电压增加的固定占空比, 理想升压转换器的输出电压应按比例增加。

这部分实验测量了脉冲列车的占空比, 而不是电感电流。将范围探头连接到16和12之间, 分别是下部 MOSFET 的栅极和源。将输入的直流电源连接到 V2+ 和 COM 的终端。像以前一样, 输出电压是由电感和电容器交替提供电流到负载的三角形波。MOSFET 的栅极源电压是数字脉冲列车, 频率为100赫兹, 周期为10微秒, 时间为一微秒。测量输出电压的平均值和栅极到源电压的时间, 以及直流电源的输入电流和电压读数。在调整占空比电位器 RV64 后重复此测试, 以使脉冲流具有两个、四和六微秒的时间, 分别对应于0.2、0.4 和0.6 的占空比。

随着占空比的增加, 升压转换器的输出电压也随之增加。理想情况下, 如果 D 的值为 0.2, 则10伏的输入会产生大约12.5 伏的输出。如果 D 是 0.4, 那么输出将是约16.6 伏特。如果 D 是 0.6, 那么输出将是约25伏特。通常, 由于寄生元件产生非理想电压降和不明能量损耗, 输出电压低于理想关系。当占空比接近一时, 理论输出电压变得无限大。在实际中, 输出电压限制在三或四倍的输入电压和寄生和非理想元件的影响导致输出电压下降后, D 变得足够高。

升压转换器产生的输出电压大于输入电压, 许多应用程序将其合并以增加选择电源的灵活性。太阳能电池板上的电压随太阳的位置、天气状况和灯罩而变化。升压转换器通常用于加强太阳能电池板阵列的可变输出, 以提供一致的电压来馈入电网。在不使用电源线的情况下, 电池供电的系统经常用于电源设备。为了实现所需的更高的输出电压, 电池单元经常堆叠。如果需要许多单元来达到所需的输出, 这会占用大量的空间。相反, 升压转换器用于在节省空间的同时加强电压。

你刚才看了朱庇特的介绍升压转换器。您现在应该了解升压转换器的工作方式, 以及如何调整输入电压、占空比和频率对输出电压的影响。谢谢收看

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