ממיר האצת DC/DC

Overview

מקור: עלי באזי, המחלקה להנדסת חשמל, אוניברסיטת קונטיקט, סטורים, CT.

ממירי Boost מספקים פתרון רב-תכליתי להגברת מתחי DC ביישומים רבים שבהם יש להגדיל מתח DC ללא צורך להמיר אותו ל- AC, באמצעות שנאי ולאחר מכן לתקן את יציאת השנאי. ממירי Boost הם ממירי מדרגה המשתמשים בגרם כהתקן אחסון אנרגיה התומך בפלט עם אנרגיה נוספת בנוסף למקור הקלט DC. זה גורם למתח היציאה להגביר.

מטרת הניסוי הזה היא לחקור מאפיינים שונים של ממיר דחיפה. יכולת השלב של הממיר תיצפה במצב הולכה רציף (CCM) שבו זרם המשרן אינו אפס. ייעשה שימוש בפעולת לולאה פתוחה עם יחס חובה קבוע באופן ידני. הערכה של יחסי הקלט-פלט תיבחן.

Principles

ממיר האצה מסתמך על אנרגיה המאוחסנת במשרן, L, כדי לספק אנרגיה לצד הפלט שבו העומס נתמך, בנוסף למקור DC להיות מקור האנרגיה העיקרי. הרעיון העיקרי מאחורי פעולת ממיר דחיפה הוא כי משרן יהיה להפוך את קוטביות המתח שלה כדי לשמור על זרימת הזרם. כפי שמוצג ב Fig. 1(a) עבור מעגל ממיר דחיפה פשוטה, כאשר המתג מופעל עבור מחזור חובה D של תקופת המיתוג T, מתח משרן VL מצטבר. כאשר המתג כבוי, זרם המשרן צריך להמשיך לזרום ולכן קוטביות המתח של המשרן תתהפך כדי להוסיף למתח הכניסה Vב-.

עם זאת, כאשר המתג מופעל, העומס קצר ומתח היציאה הוא אפס, אשר אינו רצוי. לכן, דיודה חוסמת מתווספת בצד הפלט כפי שמוצג ב- Fig. 1(b) כדי למנוע קצר בעומס. דיודה זו עדיין אינה פותרת את בעיית העומס ואינה רואה מתח כאשר המתג מופעל, ולכן קבל נוסף כפי שמוצג ב- Fig. 1(c) כדי לספק לעומס את הזרם הדרוש במהלך התקופה שבה המתג מופעל. שים לב שכאשר המתג מופעל, הדיודה כבויה (מוטה לאחור) ולהיפך. מתח היציאה הממוצע קשור אפוא למתח הכניסה כמו: החוצה> = Vב/ (1-D).

Figure 1
איור 1. שלבים לבניית ממיר האצה

ככל שניסוי זה מתקדם, יוצגו כי מתח היציאה הממוצע עולה ככל שמחזור החובה, D, גדל. זה נכון שכן מתח היציאה ליחסי מתח הכניסה הוא יחסי הפוך ל-D, ולכן מתח היציאה ו- D יש מתאם חיובי.

שים לב שהמשוואה המוצגת היא עבור ממיר האצה אידיאלי, ועשויה להיראות כאילו D = 1 יניב מתח יציאה אינסופי, אך זה לא נכון. במציאות, אלמנטים טפשיים והתנגדות בממיר דחיפה לגרום D להיות מוגבל סביב 70-80% ולאחר מכן השפעות טפשיות להתחיל לשלוט על פעולת המעגל ולגרום ירידות מתח משמעותיות. בשלב כזה, מתח היציאה מתחיל לרדת ככל ש- D עולה. עם תדרי מיתוג גבוהים יותר, אדווה המתח בפלט תקטן מכיוון שזמן הטעינה והפירוק של המתח הקבלי יתקצר משמעותית עם ירידה בתדר המיתוג.

Procedure

שימו לב: ניסוי זה נועד להגביל את מתח היציאה להיות פחות מ 50V DC. השתמש רק ביחסי חובה, תדרים, מתח כניסה או עומסים הניתנים כאן.

ניסוי זה ישתמש בלוח הממיר DC-DC המסופק על ידי HiRel Systems. http://www.hirelsystems.com/shop/Power-Pole-Board.html

מידע על פעולת הלוח ניתן למצוא בסרטון אוספים זה "מבוא ללוח HiRel".

ההליך המוצג כאן חל על כל מעגל ממיר האצה פשוט שניתן לבנות על לוחות פרוטו, לוחות לחם או מעגלים מודפסים.

1. הגדרת לוח:

  1. חבר את אספקת האות ±12 במחבר "DIN" אך השאר את "S90" כבוי.
  2. ודא שבוחר הפקדים PWM נמצא במיקום הלולאה הפתוחה.
  3. הגדר את ספק הכוח DC ב- 10 V.
    1. שמור על הפלט מנותק מהלוח לעת עתה.
  4. לפני חיבור נגד העומס, כוונן אותו ל-20 Ω.
  5. בנה את המעגל המוצג ב- Fig. 2 באמצעות MOSFET התחתון, הדיודה העליונה, ולוח מגנטי BB.
    1. שים לב לערך האידוי המוצג בלוח.
  6. חבר את "RL"על פני "V1+" ו-"COM".
    1. שים לב שחיבורי הקלט והפלט הפוכים בהשוואה לחיבורים בניסוי ממיר buck.
    2. לעולם אל תנתק את העומס במהלך הניסוי מכיוון שממיר ההאצה עלול להפוך לבלתי יציב ולגרום נזק ללוח.
    3. ודא שמערך המתגים עבור בחירת MOSFET (MOSFET נמוך יותר), בחירת PWM והגדרות אחרות נכונים להשגת מעגל פונקציונלי כמו ב- Fig. 2.

Figure 2
איור 2. להגביר את מעגל הממיר

2. התאמת יחס החובה ותדירות המיתוג

  1. חבר את הגשוש הדיפרנציאלי על פני השער למקור של MOSFET התחתון.
  2. הפעל את "S90". אות מיתוג אמור להופיע במסך הטווח.
    1. התאם את ציר זמן האות כדי לראות שתיים או שלוש תקופות.
    2. התאם את פוטנציומטר התדר כדי להשיג תדר של 100 קילו-הרץ (תקופה של 10 מיקרומטר).
  3. התאם את פוטנציומטר יחס החובה כדי להשיג יחס חובה של 10% (בזמן של 1 מיקרומטר).

3. להגביר את בדיקת ממיר עבור קלט משתנה

  1. חבר את ספק הכוח DC הקלט, אשר כבר מוגדר ב 10 V, כדי "V2+" ו "COM".
  2. חבר את הבדיקה הדיפרנציאלית כדי למדוד את זרם המשרן ב- "CS5".
    1. חבר את הגשוש השני על פני העומס. ודא שמחבר הקרקע מחובר ל-"COM".
    2. לכוד את צורות הגל ומדוד את ממוצע מתח היציאה, אדווה זרם המשרן וממוצע זרם המשרן.
    3. הקלט את קריאות זרם הכניסה והמתח באספקת החשמל DC.
  3. התאם את מתח הכניסה ל- 8 V, 12 V ו- 14 V, וחזור על השלבים לעיל עבור כל אחד מהמתחים הללו.
  4. נתק את אספקת DC הקלט והתאם את הפלט שלו ל- 10 V.

4. להגביר את בדיקת ממיר עבור יחס חובה משתנה

  1. חבר את הבדיקה הדיפרנציאלית מעבר לשער למקור של MOSFET התחתון.
    1. חבר את הגשוש השני על פני העומס. ודא שמחבר הקרקע מחובר ל-"COM".
    2. חבר את אספקת DC הקלט ל- "V2+" ו- "COM".
    3. לכוד את צורות הגל ומדוד את ממוצע מתח היציאה ובזמן של מתח השער למקור (גם יחס החובה).
    4. הקלט את קריאות זרם הכניסה והמתח באספקת החשמל DC.
  2. התאם את יחס החובה ל- 20%, 40% ו- 60%. חזור על השלבים לעיל עבור כל אחד משלושת יחסי החובה הללו.
  3. אפס את יחס החובה ל- 10%.
  4. נתק את אספקת DC הקלט.

5. להגביר את בדיקת ממיר עבור תדר מיתוג משתנה

  1. חבר את הבדיקה הדיפרנציאלית מעבר לשער למקור של MOSFET התחתון.
  2. חבר את הגשוש האחר על פני העומס עם מחבר הקרקע המחובר ל- "COM".
  3. חבר את אספקת DC הקלט ל- "V2+" ו- "COM".
  4. כוונן את תדר המיתוג ל- 70 קילו-הרץ.
  5. לכוד את צורות הגל ומדוד את ממוצע מתח היציאה ובזמן של מתח השער למקור (גם יחס החובה).
  6. הקלט את זרם הכניסה ואת קריאת המתח באספקת החשמל DC.
  7. התאם את תדר המיתוג ל- 40 קילו-הרץ, 20 קילו-הרץ ו- 10 קילו-הרץ (או מינימום אפשרי אם לא ניתן להגיע ל- 10 kHz).
  8. חזור על השלבים לעיל עבור כל אחד משלושת תדרי המיתוג הללו.
  9. כבה את אספקת DC הקלט ואת "S90", ולאחר מכן לפרק את המעגל.
Results

יחסי מתח היציאה-כניסה של ממיר ההאצה פרופורציונליים למחזור החובה במובן זה ש- D גבוה יותר יניב מתחי יציאה גבוהים יותר עבור מתח כניסה נתון. אם מתח הכניסה הוא Vבומתח היציאה הוא Vהחוצה, V החוצה/Vב= 1/(1-D),כאשר 0≤D≤ 100%. לכן, עבור מתח כניסה של 10 V, Vהחוצה≈ 12.5 V עבור D = 20%, Vהחוצה 16.67 V עבור D= 40%, ו Vהחוצה≈ 25 V עבור D = 60%.

עם זאת, מתח היציאה יהיה נמוך מהצפוי מהקשר האידיאלי, שהוא ליניארי עם יחס החובה. הסיבה העיקרית היא כי מודל הממיר האידיאלי שממנו Vהחוצה/ Vביחסים לא לוקח בחשבון אי אידיאליות וירידות מתח בממיר. תיאורטית, כמו D→100%, V→∞; למעשה, מגבלה תיאורטית על יכולת ההגברה היא סביב 3-4x מתח הכניסה, ולאחר רמה מסוימת של D, מתח היציאה של הממיר מתחיל לרדת ולא להיות מוגבר בשל אלמנטים טפיליים ולא אידיאליים בממיר אמיתי.

Application and Summary

ממירי דחיפה נפוצים מאוד ביישומים פוטו-וולטאיים סולאריים שבהם מתח הכניסה מהפאנל הסולארי משתנה עם תנאי מזג האוויר והאנרגיה הסולארית הזמינה, וממיר דחיפה תמיד יכול להגביר ממתח פאנל PV. תיקון גורם כוח כדי לשפר את איכות החשמל כפי שניתן לראות מרשת השירות עם עומסים אלקטרוניים כוח אשר עשוי לדרוש כוח תגובתי משמעותי, למשל מנועים, הוא יישום מרכזי נוסף של ממירי האצה.

Tags
DC DC Boost ConverterElectronicsDC Output VoltagePower SuppliesWhite LEDsBattery PacksInductorMagnetic FieldSwitching CircuitEnergy TransferSingle StageBoost Converter ConstructionOperating ConditionOutput VoltageBoost Converter CircuitInput DC Voltage SourceSwitch bipolar Transistor MOSFETBlocking DiodeCapacitorRipple FilteringSteady DC VoltageDigital Pulse TrainDuty Ratio

Skip to...

0:06

Overview

0:58

Principles of Boost Converters

5:01

Board Setup

7:12

Boost Converter Testing with Variable Input

8:38

Boost Converter Testing with Variable Duty Ratio

9:53

Results

11:02

Applications

11:56

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

ממיר האצת DC/DC

Electrical Engineering

56.1K Views

article

אמצעי זהירות חשמליים וציוד בסיסי

Electrical Engineering

144.2K Views

article

אפיון רכיבים מגנטיים

Electrical Engineering

14.8K Views

article

מבוא ללוח עמודי החשמל

Electrical Engineering

12.4K Views

article

ממיר DC/DC Buck

Electrical Engineering

21.0K Views

article

ממיר Flyback

Electrical Engineering

13.2K Views

article

רובוטריקים חד פאזיים

Electrical Engineering

20.0K Views

article

מפסקים חד פאזיים

Electrical Engineering

23.3K Views

article

מאמת תיריסטור

Electrical Engineering

17.3K Views

article

מהפך חד פאזי

Electrical Engineering

17.8K Views

article

מנועי DC

Electrical Engineering

23.2K Views

article

אפיון מנוע אינדוקציה AC

Electrical Engineering

11.5K Views

article

מכונת אינדוקציה AC הניזונה מ- VFD

Electrical Engineering

6.8K Views

article

סינכרון מחשב סינכרוני AC

Electrical Engineering

21.5K Views

article

אפיון מכונה סינכרוני AC

Electrical Engineering

14.1K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved