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.

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 V_L aufbaut. Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, aktuelle Induktivität hat weiterhin fließt und daher wird der Induktor Spannung Polarität spiegeln, um die Eingangsspannung V_inhinzufügen.

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_,> = V_in/(1-D).

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.

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 "R_L"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.

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.

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 V_inund die Ausgangsspannung ist V_,, ist V_{, /}V_in= 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_,/ v_in 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.

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.