Source : Ali Bazzi, département de génie électrique, Université du Connecticut, Storrs, CT.

Poussée convertisseurs fournissent une solution polyvalente pour intensifier les tensions continues dans de nombreuses applications où une tension continue doit être augmentée sans avoir besoin de le convertir en AC, à l’aide d’un transformateur et rectifier ensuite la sortie du transformateur. Convertisseurs de Poussée sont des convertisseurs de Step-up qui utilisent une inductance comme un périphérique de stockage de l’énergie qui prend en charge la sortie avec une énergie supplémentaire en plus de la source d’entrée DC. Cela provoque la tension de sortie à la Poussée.

L’objectif de cette expérience est d’étudier les différentes caractéristiques d’un convertisseur boost. La capacité du convertisseur de Step-Up sera célébrée sous le mode de conduction continue (MPC) où l’inductance est différent de zéro. Opération de boucle ouverte avec un ratio de devoir manuellement-set sera utilisée. On observera une approximation de la relation entrée-sortie.

Un convertisseur boost s’appuie sur l’énergie stockée dans l’inductance, L, en vue de fournir de l’énergie sur le côté de sortie où la charge est pris en charge, en plus d’une source DC étant la principale source d’énergie. Le concept principal derrière le fonctionnement du convertisseur boost est qu’une inductance renversera sa polarité de la tension pour maintenir le flux de courant. Comme indiqué dans la Fig. 1 (a) pour un circuit de convertisseur boost simple, lorsque l’interrupteur est sur pour un cycle D de la période de commutation T, tension d’inducteur V_L s’accumule. Lorsque l’interrupteur est éteint, l’inductance doit continuer à couler et donc polarité tension de l’inducteur renversera pour ajouter à la tension d’entrée V_en.

Toutefois, lorsque l’interrupteur est activé, la charge est court-circuitée et la tension de sortie est nulle, ce qui n’est pas souhaitée. Par conséquent, une diode de blocage est ajoutée sur le côté de sortie comme sur la Fig. 1 (b) pour empêcher le chargement d’être court-circuitée. Cette diode ne résout pas la question de la charge de ne voir aucune tension lorsque le commutateur est activé, donc un condensateur est ajouté comme indiqué dans la Fig. 1 (c) pour fournir la charge avec le courant nécessaire au cours de la période lorsque le commutateur est sur. Notez que le quand le commutateur est activé, la diode est éteinte (revers biaisé) et vice versa. La tension moyenne de sortie est donc liée à la tension d’entrée : < V_out> = V_dans/(1-D).

La figure 1. Étapes pour construire un convertisseur boost

Comme le produit de cette expérience, il sera montré que la tension moyenne de sortie augmente lorsque le facteur de marche, D, augmente. C’est vrai car la tension de sortie à relation tension d’entrée est inversement proportionnelle à -D, et ainsi la tension de sortie et D ont une corrélation positive.

Notez que l’équation présentée est pour un convertisseur élévateur idéal et qu’il peut sembler comme si D = 1 donnera la tension de sortie infinie, mais ce n’est pas vrai. En réalité, les éléments parasitaires et des résistances dans la cause de convertisseur boost D être limité aux alentours de 70 à 80 % après quels effets parasites commencent à dominer le fonctionnement en circuit et cause de chute de tension importante. À un tel point, la tension de sortie commence à décroître au fur D . Avec plus haut fréquences de commutation, l’ondulation de tension à la sortie va diminuer depuis la tension de charge et décharge fois à condensateur deviennent beaucoup plus courts avec une fréquence de commutation une diminution.

ATTENTION : Cette expérience est conçue pour limiter la tension de sortie est inférieure à 50 v DC. N’utilisez que les ratios de devoir, fréquences, tension d’entrée ou les charges qui sont donnés ici.

Cette expérience utilisera la carte de convertisseur DC / DC offertes par les systèmes de HiRel. http://www.hirelsystems.com/Shop/Power-Pole-Board.html

Informations relatives au fonctionnement du Conseil d’administration peuvent être trouvées dans cette vidéo de collections « Introduction à la Commission HiRel. »

La procédure présentée ici s’applique à n’importe quel circuit convertisseur boost simple qui peut être construit sur proto planches, planches à pain ou de circuits imprimés.

1. Configuration Conseil :

1. Branchez l’alimentation ±12 de signal au niveau du connecteur « DIN » mais garder « S90 » OFF.
2. Assurez-vous que le sélecteur de contrôle PWM est en position de boucle ouverte.
3. Prévoyez l’alimentation DC à 10 V.
   1. Garder la sortie déconnectée de la Commission pour l’instant.
4. Avant de raccorder la résistance de charge, réglez-le à 20 Ω.
5. Construire le circuit représenté sur la figure 2 en utilisant les MOSFET inférieur et supérieur diode tableau magnétique BB.
   1. Notez la valeur de l’inductance montrée sur la carte.
6. Connectez R «_L« à travers « V1 + » et « com ».
   1. Notez que les connexions d’entrée et de sortie sont retournées par rapport à ceux de l’expérience du convertisseur buck.
   2. Ne jamais débrancher la charge pendant l’expérience comme le convertisseur boost peut devenir instable et causer des dommages au Conseil d’administration.
   3. Assurez-vous que le tableau de commutateur de sélection de MOSFET (MOSFET inférieur), sélection de PWM et d’autres paramètres sont corrects réaliser un circuit fonctionnel comme dans la Fig. 2.

Figure 2 . Poussée circuit convertisseur

2. ajuster le taux de l’obligation et la fréquence de commutation

1. Connecter la sonde différentielle à travers la porte à source du MOSFET inférieur.
2. Tourner sur « S90. » Un signal de commutation doit apparaître sur l’écran du scope.
   1. Ajustez l’axe du temps signal pour voir deux ou trois périodes.
   2. Régler le potentiomètre de fréquence pour atteindre une fréquence de 100 kHz (période de 10 µs).
3. Régler le potentiomètre de ratio de devoir pour atteindre un ratio de service de 10 % (allumage du 1 µs).

3. convertisseur élévateur tests d’entrée Variable

1. Connecter l’entrée alimentation CC, qui est déjà fixée à 10 V, à « V2 + » et « com ».
2. Connecter la sonde différentielle pour mesurer l’inductance à « CS5 ».
   1. Connectez l’autre sonde à travers la charge. Assurez-vous que le connecteur de terre est connecté à « COM. »
   2. Capturer les formes d’onde et mesurer la sortie tension moyenne, ondulation de courant inducteur et moyenne actuelle inducteur.
   3. Enregistrer le courant d’entrée et des lectures de tension sur le bloc d’alimentation DC.
3. Régler la tension d’entrée à 8 V, 12 V et 14 V et répétez les étapes ci-dessus pour chacune de ces tensions.
4. Déconnecter l’entrée DC fournir et ajuster sa production à 10 V.

4. convertisseur élévateur stable pour les taux de droit Variable

1. Connecter la sonde différentielle à travers la porte vers la source du MOSFET inférieur.
   1. Connectez l’autre sonde à travers la charge. Assurez-vous que le connecteur de terre est connecté à « COM. »
   2. Connecter l’entrée alimentation CC à « V2 + » et « com ».
   3. Capturer les formes d’onde et mesurer la moyenne tension de sortie et les délais de la tension de la porte-de-source (également le ratio de devoir).
   4. Enregistrer le courant d’entrée et des lectures de tension sur le bloc d’alimentation DC.
2. Ajuster le ratio de service de 20 %, 40 % et 60 %. Répétez les étapes ci-dessus pour chacun de ces ratios de trois fonctions.
3. Réinitialiser le rapport entre le droit à 10 %.
4. Couper l’alimentation d’entrée de DC.

5. Poussée convertisseur essais à fréquence de découpage Variable

1. Connecter la sonde différentielle à travers la porte vers la source du MOSFET inférieur.
2. Connecter l’autre sonde dans l’ensemble de la charge avec le connecteur de terre relié à la « com ».
3. Connecter l’entrée alimentation CC à « V2 + » et « com ».
4. Régler la fréquence de commutation à 70 kHz.
5. Capturer les formes d’onde et mesurer la moyenne tension de sortie et les délais de la tension de la porte-de-source (également le ratio de devoir).
6. Le courant d’entrée d’enregistrement et lecture sur le courant continu de tension d’alimentation.
7. Régler la fréquence de commutation à 40 kHz, 20 kHz et 10kHz (ou minimale possible si 10kHz n’est pas joignable).
8. Répétez les étapes ci-dessus pour chacun de ces trois fréquences de commutation.
9. Couper l’alimentation DC et « S90 » et puis démonter le circuit.

La relation de tension d’entrée-sortie de convertisseur boost est proportionnelle à la facteur de marche dans le sens que plus D donneront des tensions de sortie plus élevées pour une tension d’entrée donnée. Si la tension d’entrée est V_danset la tension de sortie est V_à, V_{à /}V_en= 1 / (1 -D), où 0≤D≤ 100 %. Par conséquent, pour une tension de 10 V, V_à≈ 12,5 V pour D = 20 %, V_à≈ 16,67 V pour D= 40 % et V_à≈ 25 V pour D = 60 %.

Néanmoins, la tension de sortie sera plus faible que prévu de la relation idéale, qui est linéaire avec un rapport d’obligation. La raison principale est que le modèle de convertisseur idéal d'où la relation Vout/v_en peut être dérivée ne tient pas compte non-idealities et tension descend dans le convertisseur. Théoriquement, comme la →100 d%, V_out→∞ ; en pratique, une limite théorique sur la capacité de stimuler est d’environ 3-4 x la tension d’entrée, et après un certain niveau de D, la tension de sortie du convertisseur commence à laisser tomber plutôt que d’être stimulé en raison des éléments parasitaires et non idéales à un véritable convertisseur.

Convertisseurs de Poussée sont très fréquents dans les applications photovoltaïques solaires où la tension d’entrée du panneau solaire varie en fonction des conditions météorologiques et de l’énergie solaire disponible, et un convertisseur boost peut toujours Poussée par la tension du panneau PV. Correction du facteur de puissance pour améliorer la qualité de l’alimentation vu sur le réseau électrique avec électronique de puissance des charges qui peuvent nécessiter une puissance réactive importante, par exemple moteurs, est une autre application majeure de convertisseurs boost.