Overview
Fuente: Ali Bazzi, Departamento de ingeniería eléctrica, Universidad de Connecticut, Storrs, CT.
Convertidores DC/DC son convertidores electrónicos de potencia que convierten DC voltajes y corrientes de un cierto nivel a otro nivel. Por lo general, conversión de voltaje es la principal finalidad de convertidores DC/DC y en un convertidor solo existen tres tipos principales de conversión: intensificación, hasta y caminar hacia arriba o hacia abajo. Entre los convertidores elevador de tensión más comunes son convertidores boost (consulte este video colecciones: convertidor DC/DC), mientras que entre los más comunes los convertidores reductor son convertidores buck. (Se refieren a este video colecciones: Buck de CC/CC.) Convertidores del buck-boost son también campo común para llevar a cabo funciones de elevadores y reductor, y convertidores flyback pueden considerarse como tipos especiales de convertidores buck-boost donde se logra una separación eléctrica entre los puertos de entrada y salidos. (Se refieren a este video colecciones: convertidor Flyback.)
Topologías de convertidor DC/DC son numerosos, y su control, modelado y mejoras operativas (e.g., eficacia, fiabilidad, rendimiento, etc.) son áreas de interés continuo. La Junta de HiRel poder Polo presentada en este experimento proporciona una herramienta muy flexible para estudiar y analizar el rendimiento del convertidor boost, buck y flyback, todos en una sola tarjeta.
El objetivo de este experimento es introducir las principales componentes y capacidades de la placa de poste potencia de HiRel systems, que es la Junta se utiliza en tres experimentos en convertidores DC/DC.
Principles
La Junta de HiRel poder Polo tiene cinco áreas principales circuito secundario que están marcadas en la figura 1. (Zonas marcadas en la figura 1 son aproximadas.) La primera zona (rojo) incluye el lado primario que tiene condensadores de filtro, un sensor de corriente y conectores etiquetados "V1" y "COM", que pueden conectar a una fuente de voltaje de CC o de carga. Figura 2 muestra un zoom en la primera zona con componentes marcados.
La segunda área (amarillo) incluye el lado secundario, que tiene condensadores de filtro, un sensor de corriente y conectores etiquetados "V2" y "COM", que conectan a una fuente de voltaje de C.C. o de la carga que se muestra como una resistencia de potencia plana. Figura 3 muestra un zoom en la segunda zona con componentes marcados. Ya sea la primera o segunda zona puede utilizarse para conectar a una fuente de voltaje de CC, por ejemplo, fuente de alimentación, mientras que el otro se conecta a una carga. Tenga en cuenta que cuando la segunda área se conecta a una fuente, la resistencia de carga puede ser unsoldered de la Junta Directiva o a la izquierda sin tener impacto en la operación del convertidor como sería ser alimentado directamente de la fuente de voltaje DC.
La tercera área (verde) es el área del poste de energía, donde se conectan los dos MOSFETs y diodos de dos. La primera "etapa" incluye un MOSFET superior y un inferior diodo, mientras que la segunda "etapa" incluye un diodo superior y un MOSFET inferior. Los componentes reales de la superior MOSFET y diodos están montados sobre el mismo disipador de calor en el rectángulo verde de la figura 1 en la parte superior izquierda, mientras que el diodo y el MOSFET se montan en el mismo disipador de calor del lado inferior izquierdo en el rectángulo verde en la figura 1. Una vista de zoom en esa zona se muestra en la figura 4. El pequeño rectángulo verde incluye controladores de puerta que un pulso de conmutación de baja potencia, por ejemplo señal modulada de ancho de pulso y convertir a la tensión apropiada los niveles pueden los MOSFETs encender y apagar.
La cuarta área (azul) tiene cuatro puntos de conexión donde se puede montar una placa hija que incluye un componente magnético. Se utilizan dos placas con esta placa para los experimentos de convertidor DC/DC: la primera tabla es la tabla de BB, se muestra en la figura 5, que incluye un inductor de 100 μH aproximada; y la segunda placa es el flyback, que se muestra en la figura 6, que incluye un inductor acoplado flyback o transformador y su circuito de R-C-diodo snubber. El circuito snubber ayuda a proporcionar un camino para la energía almacenada del lado primario del transformador en uno de lo flyback modos de funcionamiento del convertidor.
La quinta zona incluye electrónica de baja potencia que generan pulsos de conmutación de los MOSFETs y proporciona protección a la Junta incluyendo protección de sobretensión y sobreintensidad de corriente. Una fuente de alimentación separada se conecta a la parte inferior izquierda de la pizarra, al lado de interruptor "S90" que se convierte en poder a todos los circuitos de baja potencia para que el lado de alta potencia, es decir, zonas 1-4, pueda funcionar correctamente. La fuente de alimentación externa y su conector que se conecta a la tarjeta del poste de energía se muestran en la Fig. 7 y 8, respectivamente.
Figura 1: alimentación HiRel poste junta con cinco principales áreas Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Zoom-in del área 1.
Figura 3: Zoom-in del área 2.
Figura 4: Zoom-in del área 3.
Figura 5: Tabla de BB.
Figura 6: Tabla de tiempo de retorno.
Figura 7: Fuente de alimentación externa para la electrónica de baja potencia.
Figura 8: Conector de la fuente de alimentación externa.
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Procedure
Este procedimiento se centra principalmente en la capacidad de la Junta de poste eléctrico para ajustar la conmutación impulsos a la parte superior y bajar MOSFETs
1. configuración
- Conecte la fuente de alimentación DC externa a la tarjeta del poste de energía.
- Encienda "S90."
- Observe que el LED verde enciende.
- Compruebe la ubicación de "S90" y el LED verde en la figura 9.
- Coloque el segundo interruptor deslizante en la matriz de interruptor azul en "int PWM. Compruebe la ubicación de la matriz de interruptor deslizante en la Fig.10.
- Ajuste interior PWM"significa que el pulso de conmutación (PWM: modulación de anchura de pulso) a cualquiera de los dos MOSFET se genera en el mismo tablero poste de energía.
- Ext. PWM"significa que el pulso de conmutación a cualquiera de los dos MOSFET es generado por una fuente externa, por ejemplo, generador de funciones o microcontrolador.
- Coloque el interruptor deslizante de primera del conjunto azul en "FET superior." Sólo una señal PWM se genera en el poste de alimentación Junta, por lo tanto uno de los MOSFET tiene que ser seleccionado como el pulso de recepción. Una vez seleccionado un MOSFET, MOSFET ahora debe ser capaz de encender y apagar.
- Parte superior FET "selección significa que el MOSFET superior va a recibir el pulso de conmutación.
- Selección de BOT FET"significa que el MOSFET inferior va a recibir el pulso de conmutación.
Figura 9 . Conector de alimentación externa, interruptor y LED indicador de
Figura 10 . Matriz de interruptor deslizante
2. medidas para controlar el MOSFET de puerta pulsos
- Gire en un osciloscopio.
- Conecte una sonda 10 x regular al canal 1 del osciloscopio.
- Configurar el canal 1 del osciloscopio en el acoplamiento para ver el PWM DC offset.
- Configurar canal 1 a escala para un sondeo de 10 x.
- Establecer las mediciones en el osciloscopio para medir la frecuencia y el ciclo de trabajo positivo de la señal a medir en el canal 1.
- Gancho clip medición de la sonda con el conector de "PWM" se muestra en la figura 10.
- Conectar la tierra de la sonda con el conector "GND" se muestra en la figura 10.
- En la pantalla del osciloscopio, observar un tren de pulsos que es el PWM señales que van al controlador de puerta interruptor de la parte superior.
- Para asegurar la conmutación de lo MOSFET superior, retire la sonda medición clip y gancho para el pin de "Puerta" en la parte superior izquierda del MOSFET superior se muestra en la figura 11. Se debe observar una forma de onda a que usted vio cuando el pin PWM fue ser sondeado.
- Para asegurarse de que no es cambiar el MOSFET inferior, retire la pinza de medición de la sonda del perno superior de la "puerta" y colóquelo en el perno inferior de la "Puerta" se muestra en la figura 11. Se debe observar cero voltaje.
- Vuelva a colocar el clip de la sonda en el pasador de "PWM".
- Ajustar el ciclo de trabajo de la señal de "PWM" cambiando la perilla del potenciómetro que se muestra en la figura 12. Va hacia la derecha aumenta el ciclo de trabajo de 0 a 100% y va en sentido antihorario disminuye.
- Ajustar la frecuencia PWM girando el tornillo del potenciómetro que se muestra en la figura 13. Utilice un destornillador pequeño para ajustar la posición del tornillo.
- Observar que el número de pulsos en la pantalla del osciloscopio aumenta o disminuye a medida que el potenciómetro se ajusta.
- Repita el procedimiento anterior con la selección de BOT FET y asegúrese de que la puerta del MOSFET inferior ahora está viendo un pulso de conmutación
Figura 11 : Pines de señal de puerta.
Figura 12 : Potenciómetro ajuste de ciclo de trabajo.
Figura 13 : Potenciómetro para el ajuste de la frecuencia
3. cerrar el circuito
- Desactivar "S90."
- Desconecte la fuente de alimentación DC externa.
- Desconectar el osciloscopio de ambos lados.
- Apague el osciloscopio.
La placa de poste HiRel de potencia es una herramienta para estudiar y analizar el funcionamiento de circuitos simples de convertidor DC-DC. Convertidores DC-DC toman DC entradas de tensión y producen salidas de voltaje de DC con un valor diferente. Por ejemplo, convertidores boost paso a tensión, mientras que los convertidores buck paso voltaje. Estos convertidores pueden ser montados y probados en un tablero de pan, pero pueden ser evaluadas más simplemente usando un tablero de demostración hecha de antemano, como la placa de poste HiRel sistemas de potencia. Este video presenta los componentes principales y funciones de la Junta de poste de energía, que se utiliza en experimentos con boost, buck y convertidores flyback en esta colección.
La placa de poste potencia HiRel tiene cinco secciones principales. La primera es la parte primaria, que cuenta con condensadores de filtro que se utilizan en los circuitos de convertidor, un sensor para medir la corriente por el circuito, conectores V1 y COM que conectan a una fuente de voltaje DC o una carga. La segunda sección es el lado secundario, que también cuenta con condensadores de filtro y un sensor de corriente. Esta sección tiene conectores etiquetados V2 y COM que se conectan a una fuente de voltaje DC o una carga. Aquí se muestra la carga como una resistencia de potencia plana. Para los experimentos de convertidor DC-DC en esta colección, la carga es un potenciómetro potencia, que se puede ajustar según los requerimientos de la prueba y del circuito. Dependiendo de la tipología del convertidor, una de estas dos secciones actúa como del lado de entrada, conectado a una fuente de voltaje de CC, mientras que el otro es el lado de la salida que está conectado a una carga. La tercera sección es el polo de poder, que contiene los componentes en el núcleo del proceso de conversión DC-DC. El polo de poder tiene dos óxido de metal semiconductor transistores de efecto campo, o los MOSFETs y dos diodos. El MOSFET superior y el diodo superior se montan hacia atrás en un solo disipador de calor. Del mismo modo, el MOSFET inferior y diodo inferior están montados en un disipador de calor. También se incluyen en esta sección son controladores de puerta que convierten una señal de conexión en los niveles de voltaje que encender y apagar el MOSFET. La cuarta sección tiene conexiones para un tablero de hija, que lleva un componente magnético, como un inductor o transformador. Se utilizan dos placas de hija para los experimentos de convertidor DC-DC: la Junta de BB y la Junta de flyback. La quinta sección contiene la electrónica que genera pulsos de conmutación de los MOSFETs y sobreintensidad de corriente y protección de la sobretensión del circuito. Una fuente de alimentación DC externa puede conectarse a la placa de poste HiRel de potencia a través de un conector DIN. S90 de interruptor principal, que está al lado del conector DIN, se convierte en poder a todos los circuitos de baja potencia en el tablero. Ahora que hemos visto las principales secciones de la placa de poste HiRel potencia, vamos a configurar el tablero y muestran cómo se utiliza en circuitos de DC-DC convertidor.
Antes de utilizar el poste de alimentación Junta, debe configurarse para generar pulsos de conmutación de los MOSFETs. En primer lugar, enchufe la fuente de alimentación externa de CC en el conector DIN. Luego, gire el S90 de interruptor principal. El LED verde por interruptor S90 se ilumina para indicar que se aplica energía al tablero. Localizar Banco de interruptor selector S30 y establezca el primer interruptor FET superior. Con esta configuración, los pulsos que encender y apagar el MOSFET de controlan el MOSFET superior. Si este interruptor se establece en la parte inferior FET, los impulsos de controlan el MOSFET inferior. Listo el segundo interruptor para PWM interno. En esta posición, pulso con modulada señales generadas en el tablero del MOSFET seleccionado encender y apagar. Si este interruptor se establece en PWM externo, entonces una fuente externa, como una función de generador o microcontrolador controla el MOSFET.
Conecte una sonda X 10 al canal 1 del osciloscopio. Clip de cable de tierra de la sonda al terminal de tierra del tablero y la punta de la sonda al terminal de PWM. Para ver el desplazamiento del pulso con la señal modulada, juego alcance canal 1 para acoplamiento DC. La pantalla del osciloscopio debe mostrar un tren de pulsos para el driver para el MOSFET superior. Comprobar la señal de control directamente quitando la punta de prueba de la PWN terminal y recorte a la puerta del terminal por el MOSFET superior. Un tren de pulsos debe ser visible en el ámbito de aplicación. Cortar la punta de la sonda para el PWM terminal otra vez. La relación de servicio de este tren de pulso determina el tiempo en de lo MOSFET como un porcentaje del período. Esta relación de servicio es una variable de control importante porque afecta la relación entre la entrada de un convertidor DC-DC y los voltajes de salida. Para cambiar la relación de deber del pulso de la señal modulada, ajuste el potenciómetro RV64. La relación de trabajo puede variar de cero a uno. Funcionamiento frecuencia según el tipo y diseño, la frecuencia de conmutación de la máxima de un componente es un parámetro crítico en el rendimiento de los convertidores DC-DC. Además, frecuencias de conmutación más altas normalmente producen menor tensión de salida y ondas actuales para una combinación dada de condensador y del inductor. Cambiar la frecuencia del pulso con señal modulada por potenciómetro RV60. Observar cómo el número de pulsos en la pantalla del osciloscopio aumenta o disminuye a medida que el potenciómetro se ajusta. A continuación, establece el primer interruptor de banco de interruptor selector S30 en FET de abajo. Retire la punta de prueba de la terminal de PWM y el clip a la puerta del terminal por el MOSFET inferior. Por último, confirmar que la puerta del MOSFET inferior recibe el pulso de conmutación.
Debido a su alta eficiencia y excelente regulación, convertidores DC-DC se utilizan en muchas aplicaciones comerciales. Tres convertidores comunes son introducidos aquí y cubiertos en videos posteriores de esta colección. Convertidores Boost generan un DC voltaje de salida mayor que el DC de entrada, por lo tanto impulsar hacia arriba la tensión de alimentación. El video "DC/DC convertidor" explica el funcionamiento de convertidores boost, acompañado por los experimentos usando la placa de poste HiRel potencia. Convertidores Buck generan una tensión de salida DC es menos de la entrada. En otras palabras, abrochar o disminuyendo la tensión de alimentación. El video "convertidor DC/DC Buck" analiza cómo convertidores buck trabajar y demuestra su uso con experimentos sobre la placa de poste HiRel potencia. Convertidores Flyback generan un voltaje de salida DC que puede ser mayor que o menor que la entrada de CC. Por favor vea el video "Convertidor Flyback" para ver cómo se derivan de la Unión de un convertidor buck con un convertidor para obtener el comportamiento de ambos.
Sólo ha visto introducción de Zeus a la placa de poste HiRel potencia. Ahora debe comprender el diseño de la Junta, cómo configurarlo y cómo usarlo para experimentos con circuitos de convertidor DC-DC. ¡Gracias por ver!
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Results
Un pulso PWM se espera ser visto en la pantalla del osciloscopio. El ciclo de trabajo es una variable de control principales para convertidor DC/DC como ajusta el período durante el cual un MOSFET o cualquier otro semiconductor activamente controlado interruptor es. Todas las relaciones de tensión de entrada-salida de convertidores DC/DC se basan en el valor de este cociente del deber, junto con alguna otra variable en algunas topologías de convertidor.
La frecuencia de conmutación es fundamental en la selección de componentes como la máxima frecuencia de los componentes de funcionamiento varía según el diseño y tipo de componente. Frecuencias de conmutación más altas generalmente producen menor tensión y ondas actuales pero requieren grandes capacitores e inductores.
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Applications and Summary
Convertidores DC/DC son muy comunes en fuentes de alimentación DC utilizadas para carga electrónica y a muchos otros circuitos electrónicos. Por ejemplo, cualquier impulsión del motor requerirán algunas pequeñas fuentes de alimentación de DC para alimentar su electrónica de baja potencia, los circuitos de protección y unidades de alta potencia puerta. Procesadores de computadora y otros periféricos y accesorios requieren voltajes de DC muy bien regulados que son proporcionados por las fuentes de alimentación DC. Sistemas de energía renovable, por ejemplo solares paneles fotovoltaicos requieren convertidores DC/DC para regular el voltaje de salida DC de los paneles, ya que la irradiación solar y temperatura ambiente varían que causan variación en el voltaje del panel solar y salidas de corriente. Muchas más aplicaciones industriales, transporte, militares y otros utilizan convertidores DC/DC en vez de reguladores lineales debido a su alta eficiencia, alto rendimiento y excelente regulación.
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