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dc/dc 降压转换器

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降压转换器产生的直流输出电压小于直流输入。换言之, 降低或降低电源电压。通常使用的线性稳压器通过耗散功率作为电阻的热量来降低电压, 这在输入和输出电压之间有很大的差别, 因此效率很低。当电阻元件通过焦耳加热来浪费电能时, 降压转换器使用的反应元件, 理想地消散没有电源, 因此可以有效地降低电压与相应增加可用电流。在降压转换器中, 开关会捕获直流电源, 从而为低通滤波器创建交流输入。低通滤波器包括电感器和电容器, 并提取平均电压, 只有小的损失, 由于寄生电阻。结果是输出电压小于或等于输入电压。这段视频将说明降压转换器的结构, 并研究如何改变转换器的运行状态影响其输出电压。

这种降压转换电路使用电子开关连接和断开电感从直流电源。这种开关可能是双极晶体管、MOSFET 或其他类似的电子设备。电感器和电容器组成一个低通滤波器与二极管, 提供一个路径的电感电流时, 开关是开放的。低通滤波器的输出连接到负载。数字脉冲火车打开或关闭的开关与占空比, D, 这是与时间的比率。当开关关闭时, 输入到低通滤波器连接到电源电压, V in。二极管变成反向偏置, 不传导和电流流经电感。当开关打开时, 该电感器电流必须在同一方向上继续, 而二极管变得正向偏向, 形成一个完整的电流回路。在输入到低通滤波器, 这种开关换向产生一个矩形波, 振荡之间的 V 在大约零伏。除了一些波纹, 过滤器的输出是矩形波的平均值, 随着占空比的增加而增加。在足够高的开关频率, 电容器充电和放电时间短。因此, 电压波动变小, 结果是一个干净的 dc 输出从直流输入。由于电感器和电容器是反应元件, 所以它们理想地没有电阻功率损耗。理想的 LC 滤波器, 然后可以通过功率的负载与100% 的效率。在实际中, 电感器的导线电阻和其他寄生电阻在电路中, 降低了效率到80到95% 的范围。现在, 降压转换器的基本知识已经讨论, 让我们来看看如何降压转换器步下电压, 并继续作为传导模式, 也称为 CCM, 一个条件时, 电感运行在任何时候与非零电流。

这些实验采用了 HiRel 系统电源杆板, 设计用于各种直流变换器电路拓扑的实验。首先确保信号电源开关 S90 关闭。然后将信号电源插入 DIN 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24伏, 但不要将电源输出连接到主板。用上部 MOSFET、下二极管和 BB 磁板建造电路。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。使用万用表阅读它的阻力, 而调整它的12欧姆。然后连接负载电阻之间的终端 V2+ 和 COM. 设置开关选择器银行 S30 如下。pwm 到上部 MOSFET, 使用板载 pwm 和交换负载关闭。接下来, 将示波器的差分探头连接到15端子之间, 它是上部 MOSFET 的栅极和端子 11, 这是源。打开信号电源开关, S90 并观察驱动 MOSFET 的脉冲列车。设置频率调节电位器, RV60 产生开关频率为100赫兹。设置占空比电位器, RV63, 使脉冲有一个在五微秒的时间。

将差分范围探头连接到15和11端子之间, 分别是上部 MOSFET 的栅极和源。为了测量负载电阻的电压, RL, 连接 V2+ 和 com 终端之间的其他差分探头. 将直流电源连接到输入终端, V1+ 和 com. 观测输出电压的三角形波形和矩形脉冲列开关信号当降压转换开关关闭时, 输出电压的上升斜坡出现, 电感器将能量传递给电容器和负载。当开关打开时, 向下的斜坡发生, 电感器与输入电压源断开连接, 电容器放弃一些储存的能量给负载。其次, 测量输出电压的平均值和栅极源电压的时间值。请注意直流电源的输入电流和电压读数。重复此测试后调整占空比电位器, RV64, 使脉冲列车有责任比 0.4, 0.6 和0.7。随着占空比的增加, 降压变换器的平均输出电压也随之增加。理想情况下, 如果 D 的值为 0.3, 则输入的24伏特会产生大约7.2 伏的输出。同样, 如果 d 是 0.5, 那么输出将是约12伏特或如果 d 是 0.7, 那么输出将是大约16.8 伏, 等等。

将占空比设置为 0.5, 然后将输入直流电源连接到 V1+ 和 COM 终端. 设置 RV60 以产生100赫兹的开关频率。像以前一样, 输出电压波形是由低通滤波器作用于矩形波输入的三角形波。栅极源电压是一种频率为100赫兹的数字脉冲列车。10微秒和五微秒的时间段。测量输出电压的平均值和栅极对源电压的时间。请注意直流电源的输入电流和电压读数。在调整 RV60 到10、20和40赫兹的开关频率后重复此测试, 其占空比固定在0.5。随着频率的增加, 输出纹波减小, 因为电容器的充电和放电次数也会减少。一般来说, 输出电压在这个实验中是小于预期的理想关系。这种偏差是由于电感器中的导线电阻和电路中的其他电阻等寄生元件造成的, 从而产生非理想的电压降和不明的能量损耗。

降压转换器提供了良好的控制电压调节与一个伴随的步骤在当前, 使他们的关键应用与最低功率损耗的转换过程。笔记本电脑的功耗大大降低, 这是由于微处理器的发展, 其操作仅有1.8 或0.8 伏。笔记本电脑和遥控设备使用降压转换器, 以减少锂电池的电压, 这些低值, 延长了有用的电池寿命和加强电池电流, 以满足集成电路的需要与数百万的晶体管。手机等电子设备使用标称电池电压的锂离子电池, 约3.6 到3.7 伏。然而, 标准电池充电器与 USB 连接器提供五伏。电子装置中的降压转换器将 USB 输出降低到充电锂离子电池所需的较低电压。

你刚刚看过朱庇特的介绍降压转换器。您现在应该了解它们的操作以及直流输出如何取决于占空比和开关频率。谢谢收看

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