Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education Library
Electrical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 

DC-DC 昇圧コンバーター

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

ブースト ・ コンバーターは、電源電圧を高めるため入力、DC より大きい DC 出力電圧を生成する電子で使用されます。ブースト ・ コンバーターは、白色 Led、電気自動車用電池パック、その他の多くのアプリケーションのための電源として使われます。昇圧コンバーターは、インダクタの磁場にエネルギーを蓄えるし、スイッチング回路と負荷に転送。インダクタの磁気フィールドからエネルギーの転送により、単一段階の DC 出力の増加です。このビデオは昇圧コンバーターの構造を示すため、その出力電圧コンバーターの動作状態を変更するしくみを調べる。

この簡単な昇圧回路はインダクタとスイッチに接続されている入力の DC 電圧源から成っています。スイッチ、バイポーラ ・ トランジスタ、MOSFET または、交互の接続し、電源の一般的なラインからインダクタを切断その他の似たような電子デバイスがあります。ブロッキング ダイオード、出力電圧のリップル フィルター コンデンサー、インダクタを接続します。容量を大きく波紋を減少します。十分大きい容量の出力安定した直流電圧になります。デジタル パルス列を開くかスイッチを閉じます。パルスはデューティ比期間への時間の比率であります。デューティ比はゼロから変化する、最大 1 つのより多くの時間を増やします。パルスがオンのときは、スイッチが閉じ、インダクタを接続する電源電圧。この状態で電源装置の出力に接続されているターミナルのインダクタが可能性が高いと共通に接続されているターミナルより低い可能性があります。今電流が流れる時間が十分に高いスイッチング周波数の直線的増加インダクタ。この時間の間にインダクタ電圧、時間に対する電流の傾きが正の値になり肯定的な定義されます。インダクタは、その磁場下における電流の二乗に比例するエネルギーを格納します。もはやインダクタは、電源より現在の増加とそれを格納するより多くのエネルギーに接続されます。スイッチが開き、インダクタに流れる電流は同じ方向に流れるを続ける必要があります。この電流が減少するは、インダクタを今負荷にエネルギーを与えるのでまた。インダクタ電圧は、時間対現在の傾きが負の値のために否定的になります。その結果、コイルの極性が反転し、入力電圧"V"に出力の高い潜在能力を生産します。この状態で回路、フォワード バイアスのダイオードとインダクタの放電電流、負荷にいくつかの行くいくつかのコンデンサー、電荷を格納するつもり。スイッチを閉じ再びダイオード逆バイアスから切断するインダクタ出力と負荷の短絡を防止になります。この時間の間に、インダクタ充電し、その場所にコンデンサーが負荷に電流を提供します。コンデンサーの充電と放電のサイクルは、平均出力電圧リップルのいくつかの量を生成します。十分に高いスイッチング周波数、コンデンサーの充電と放電時間が短いと出力に達する比較的小さな波紋と定常状態の電圧。このスイッチング サイクルは無期限に繰り返すし、昇圧コンバーターの操作の基礎であります。理想的な平均出力電圧増加デューティ比が増加し、1 つのデューティ比は無限の電圧を生成します。しかし寄生要素及び昇圧形抵抗は、最大 0.7 とか 0.8 D の有用な値を制限します。D が十分に大きい場合、寄生効果は回路動作を支配し、D が増加し続けているとしても、電圧低下を出力します。我々 は検討する次の実験で連続伝導モードで電圧を昇圧コンバーターがどのように手順も CCM、インダクタの動作ですべての回と非ゼロ電流時条件を呼ばれます。

この実験で出力電圧は 50 v DC までに制限またはより少ないです。指定したデューティ サイクル、周波数、入力電圧および負荷のみを使用します。これらの実験は別の DC に DC コンバーター回路トポロジーとの実験のために設計されている HiRel システム電源ポール基板を利用します。S90 がオフ信号供給スイッチ、プラグ、デン コネクタ J90 に 12 ボルト信号供給の +/。PWM 制御の選択ジャンパー J62 と J63 をオープン ループ位置に設定します。正 10 ボルトの DC 電源を調整するが、基板に電源の出力を接続しないでください。次に下側 mosfet の両端、上のダイオードでは、BB の磁気ボードと示すように、回路を構築します。BB 磁性基板上インダクタの値を記録します。負荷抵抗は、電力ポテンショメータです。マルチ メーターを使用して、20 ω に調整しながらの抵抗を測定します。次のように端末 V1 + と COM. セット スイッチ セレクター バンク S30 のポテンショメータを接続: 下 MOSFET、PWM オンボード PWM を使用し、負荷をオフにします。下側 mosfet の両端のゲートであるターミナル 16 とターミナル 12 間の源であるオシロ スコープの差動プローブを接続します。S90 のスイッチを入れます。MOSFET を駆動するパルスは、オシロ スコープのスクリーンに表示されます。この波形の複数の期間を表示するオシロ スコープの時間軸を選択します。周波数調整ポテンショ メーター 100 キロ ヘルツの周波数を生成する RV60 を設定します。パルス 1 マイクロ秒 0.1 のデューティ比に対応するのに時間があるので、デューティ比ポテンショメータ RV64 を設定します。

V2 + および COM 入力端子に DC 電源を接続します。インダクタを測定するには、接続端子の CS5 と COM. 間差分スコープ プローブターミナル V1 +、COM. の間他の差動プローブを接続して、負荷抵抗 RL の間で電圧を測定するには出力電圧は三角波をする必要があります。昇圧コンバーターのスイッチが開いているとインダクタが負荷にエネルギーを転送する上向きの傾斜が発生します。スイッチが閉じられ、インダクタが出力から切断され、コンデンサーが負荷にエネルギーを供給下向き傾斜が発生します。インダクタ電流は三角波、ランプ線形パルス列の上の時間の間に、線形ランプダウンのオフの時間の間に。オフセットは、現在の平均です。測定機能で構築されたスコープを使用して、出力電圧の平均値とインダクタ電流の平均値を測定します。8、12、および 14 ボルト設定入力の DC 電源には、この手順を繰り返します。固定義務の比率入力電圧は理想的な昇圧形コンバーターの出力電圧を増加する必要があります比例して増加。

実験のこの部分は、インダクタ電流の代わりにパルスのデューティ比を測定します。端子 16 門と下側 mosfet の両端のソースは、それぞれを 12 間スコープのプローブを接続します。V2 + と COM 端子に入力の DC 電源アダプターを接続します。前に、出力電圧はインダクタおよびキャパシタ原料交互供給負荷電流から生じる三角波が好きです。MOSFET のゲート電圧は、1 マイクロ秒の時間、10 マイクロ秒単位、100 キロ ヘルツの周波数を持つデジタル パルス列です。出力電圧の平均値と DC 電源から入力電流と電源電圧と電圧の測定値のゲートのために時間を測定します。このテストをデューティ比ポテンショメータ RV64 パルス ストリームがあるそれぞれ 0.2、0.4 と 0.6 のデューティ比に対応する、2 つ、4 つ、六つのマイクロ秒単位の時間調整を繰り返します。

デューティ比 D は増加する昇圧コンバーターの出力電圧も高くなります。理想的には D 値が 0.2 には 10 v の入力によって [約 12.5 v の出力が生成されます。D が 0.4 の場合、出力は約 16.6 ボルトになります。D が 0.6 の場合出力は約 25 v になります。一般に、出力電圧は、寄生要素は非理想的な電圧低下および行方不明のエネルギー損失を作成するために理想的な関係から予想よりも小さいです。デューティ比に近づくにつれて 1 つ、理論出力電圧は無限に大きくなります。現実には、出力電圧が約 3 に制限または入力電圧の 4 倍と寄生と非理想的なコンポーネントの影響により D は十分に高くなった後減少する出力電圧。

ブースト ・ コンバーター入力電圧より高い出力電圧を生成して、多くのアプリケーションでは、電源の選択の柔軟性を高める組み込みます。太陽、気象条件、および日陰の位置と太陽電池パネルからの電圧を変更します。ブースト ・ コンバーター、電気グリッドに供給する一貫した電圧を提供するためにソーラー パネルの配列の変数の出力をステップに使用されます。電源装置の電源コードを使用せず、バッテリ駆動システムを頻繁に。必要な高い出力電圧を実現するために、電池は積み上げ多い。これは、所望の出力に到達する多くの細胞が必要な場合スペースの多くを取ることができます。代わりに、スペースを節約しながら電圧をステップに昇圧コンバーターが使用されます。

ブースト ・ コンバーターにゼウスの導入を見ているだけ。今、昇圧コンバーター仕事とどのように電圧、デューティ比、周波数の入力を調整することが出力電圧に与える影響を理解する必要があります。見ていただきありがとうございます。

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter