DC-DC 昇圧コンバーター

ソース: アリ バッツィ、電気工学科大学コネチカット州ストーズ、ct 検査

ブースト ・ コンバーターは、直流電圧が AC に変換することがなく増加する必要がある多くのアプリケーションで DC 電圧をステップ実行し、変圧器を使用して、トランスの出力を整流し、多彩なソリューションを提供します。昇圧コンバーターは、インダクタを使用して、DC 入力ソースに加えて付加的なエネルギーの出力をサポートするエネルギー ストレージ デバイスとして昇圧コンバーターです。これにより、出力電圧を高めるため。

この実験の目的は、昇圧コンバーターのさまざまな特性を研究することです。コンバーターのステップ アップ機能はインダクタ電流がゼロ以外を連続伝導モード (CCM) の下で観測されます。手動で設定デューティ比とオープン ループ操作が使用されます。入出力関係の近似は観察されます。

昇圧コンバーターは、インダクタ、 L出力側では主要なエネルギー源である DC ソースに加えての負荷をサポートするエネルギーを供給するエネルギーに依存します。昇圧コンバーターの操作の背後にある主な概念は、インダクタが電流の流れを維持するために、電圧の極性を反転することです。スイッチは、スイッチング周期T、 V_Lがたまるインダクタ電圧のデューティ サイクルDのとき簡単な昇圧回路を図 1 (a) に示すように。、スイッチがオフの場合、インダクタ電流が流れる継続してV_の入力電圧を加えるインダクタの電圧極性が反転するため。

ただし、スイッチがオンのときは、負荷が短絡、出力電圧がゼロにする必要がないです。したがって、ブロッキング ダイオードは、短絡からの負荷を防ぐために図 1(b) に示すように、出力側に追加されます。このダイオードは、まだ見てない電圧スイッチがオンのとき、スイッチがオンのとき期間中に必要な電流と負荷を提供するために図 1(c) に示すようにコンデンサーが追加されます負荷の問題を解決されません。注意するときスイッチがオン、ダイオードはオフに (逆バイアス)、およびその逆。平均出力電圧と入力電圧に関連: < V_を>_でV =/(1-D).

図 1。昇圧コンバーターを構築する手順

この実験が進むにつれて、平均出力電圧増加、デューティ ・ サイクル、 D、増加することが表示されます。出力電圧が入力電圧の関係は -Dに反比例するので出力電圧とDが正の相関関係をある従ってこれは当てはまります。

発表式を理想的な昇圧コンバーターは、 D = 1は無限の出力電圧になりますが、真実ではないかのように見えるかもしれませんが、注意してください。現実には、寄生要素及び寄生効果後約 70-80% に限定する昇圧コンバーター原因D抵抗回路動作と大きな電圧降下の原因を支配を開始します。このような時点で出力電圧はDが増加を減少し始めます。高いスイッチング周波数、出力電圧リップル電圧の充電以来減るし、コンデンサー放電時は大幅減少スイッチング周波数と短くなります。

注意: この実験は 50 v DC 以下に出力電圧を制限するために設計されています。デューティ比、周波数、入力電圧、またはここに与えられた負荷を使用のみ。

この実験は、ある HiRel Systems によって提供される DC-DC コンバーター ボードを利用します。http://www.hirelsystems.com/shop/Power-Pole-Board.html

このコレクションのビデオ ボードの操作についての情報を見つけることができます「HiRel ボード入門」

ここに示す手順は、プロト ボード、パン板やプリント基板に構築できる、簡単な昇圧回路に適用されます。

1. ボードのセットアップ:

1. "DIN"コネクタで ± 12 信号電源を接続が「S90」OFF。
2. PWM コントロール セレクターがオープン ループ位置にあることを確認します。
3. 10 V DC 電源アダプターを設定します。
   1. 今のボードから切断出力を維持します。
4. 負荷抵抗を接続する前に 20 Ω に調整します。
5. 下側 mosfet の両端、上のダイオードと BB 磁気ボードを使用して、図 2 に示す回路を構築します。
   1. ボードにインダクタンス値に注意してください。
6. 「R_L」の間で"V1 +"および"com"を接続します。
   1. 入力と出力の接続が降圧コンバーターの実験のものに比較して反転することに注意してください。
   2. 決して切断実験では昇圧コンバーターとして負荷は不安定になり、基板への損傷を引き起こすことができます。
   3. 確認 MOSFET の選択 (低い MOSFET)、PWM の選択、およびその他の設定のスイッチ配列は、図 2 のように機能回路を達成するために正しいです。

図 2.コンバーター回路を高める

2 デューティ比の調整とスイッチング周波数

1. 下側 mosfet の両端にゲート-ソース間で差動プローブを接続します。
2. 「S90」オンにスイッチング信号は、スコープ画面に表示する必要があります。
   1. 2 つまたは 3 つの期間を確認する信号の時間軸を調整します。
   2. 周波数 100 kHz (10 μ 秒の期間) を達成するために周波数設定器を調整します。
3. 10% のデューティ比 (1 μ s の時間で使用) を達成するためにデューティ比ポテンショメータを調整します。

3 変数の入力テスト昇圧コンバーター

1. 10 V、「V2 +」および「com してください」に選択されている入力 DC 電源アダプターを接続します。
2. 「CS5」で現在インダクタを測定する差動プローブを接続します。
   1. 負荷の間で他のプローブに接続します。グランド コネクタが"COM"に接続されていることを確認します。
   2. 波形をキャプチャし、出力電圧平均インダクタ電流リップル、インダクタ電流の平均値を測定します。
   3. 入力電流と直流電源の電圧の測定値を記録します。
3. 8 V、12 V と 14 V、入力電圧を調整し、これらの電圧ごとに上記の手順を繰り返します。
4. DC の供給および 10 V の出力を調整する入力を外します。

4 昇圧コンバーター可変デューティ比のテスト

1. 下側 mosfet の両端のソースにゲートの間で差動プローブを接続します。
   1. 負荷の間で他のプローブに接続します。グランド コネクタが"COM"に接続されていることを確認します。
   2. 「V2 +」および"COM"に DC 電源を接続します。
   3. 波形をキャプチャし、出力電圧平均とゲート-ソース間電圧 (またデューティ比) の時間に測定します。
   4. 入力電流と直流電源の電圧の測定値を記録します。
2. 20%、40%、60% にデューティ比を調整します。これら 3 つのデューティ比の各上記の手順を繰り返します。
3. デューティ比を 10% にリセットします。
4. DC 電源を外します。

5. 高める可変スイッチング周波数の変換テスト

1. 下側 mosfet の両端のソースにゲートの間で差動プローブを接続します。
2. "COM"に接続して接地コネクタと負荷の間で他のプローブに接続します。
3. 「V2 +」および"COM"に DC 電源を接続します。
4. 70 khz スイッチング周波数を調整します。
5. 波形をキャプチャし、出力電圧平均とゲート-ソース間電圧 (またデューティ比) の時間に測定します。
6. レコード入力電流と電圧の DC 電源で読み取りを指定します。
7. 40 kHz、20 kHz、10 kHz (または最小可能な 10 kHz に到達できない場合) にスイッチング周波数を調整します。
8. これら 3 つのスイッチング周波数ごとに上記の手順を繰り返します。
9. 入力 DC 供給および「S90」を切り、その後、回路を逆アセンブル。

昇圧コンバーターの出力入力電圧関係は高いDが指定された入力電圧より高い出力電圧が生成されること意味でデューティ サイクルに比例します。入力電圧V_で出力電圧_をV、_、の場合V_を/V_で= 1/(1 -D)、どこで 0≤D≤ 100%。したがって、 Dに対して 10 V_をV≒ 12.5 V の入力電圧 = 20%、 V_を≈ 16.67 V d d = 40%、_うちV≈ 25 V = 60%。

それにもかかわらず、出力電圧は、デューティ比と線形である理想的な関係から予想よりも低くなります。主な理由は、 V_を/V_の関係を派生できる理想的なコンバーターのモデルは不完全性を考慮しないコンバーターで電圧が低下します。理論的には、 D→100%、 V_を→∞;ブースティングの性能に関する理論上の制限が存在する実際には、3-4 x の入力電圧とDコンバーターの出力電圧の特定のレベルは本物の寄生および非理想的な要素により支えられてではなく、ドロップを開始した後コンバーター。

ブースト ・ コンバーター、気象条件や利用可能な太陽エネルギーによって太陽電池パネルからの入力電圧、太陽光発電パネルの電圧から昇圧コンバーターを高めることが常に太陽の太陽光発電のアプリケーションで非常に一般的です。電子の力でユーティリティ グリッドから見た電源の品質を改善するために力率補正は、大きな電力を必要とする可能性があります、例えばモーター、ブースト ・ コンバーターの他の主要なアプリケーションに読み込まれます。