Temat ćwiczenia:
PRZETWORNIKI IMPULSOWE DC/DC
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Prowadzący: dr inż. Adam Penczek
Ilość godzin: 2h
1
WPROWADZENIE
- podstawowe topologie przekształtników DC\DC
- zastosowanie przekształtników DC\DC,
- przetwornica DC-DC typu Boost  szczegółowa analiza,
Regulacja wartości średniej napięcia za pomocą zmiany współczynnika wypełnienia
przebiegu
U [V] U [V] U [V]
Uz
Uz
uo(t)
Uośrednie
Uzśrednie
uo(t)
ton
t [msek]
Tst
Wartość średnią napięcia można regulować poprzez zmianę współczynnika wypełnienia
przebiegu napięcia  D
ton
D
Tster
W przypadku przekształtnika obniżającego wartość średnia napięcia wynosi :
Uśrednia==Uz*D
i jest równoważna polu powierzchni pod przebiegiem chwilowej wartości napięcia uo(t)
(szara płaszczyzna na rysunku nr 1)
Praktyczna realizacja (w technice analogowej) regulacji napięcia za pomocą modulacji
szerokości impulsów (PWM)
VCC
Ciąg impulsów
Komparator
Generator
załączających
Znaku
piły
tranzystor
-
VCC
VCC
Upot
Potencjometr
2
Podstawowe topologie - uproszczone schematy przekształtników DC/DC
a. Przekształtnik obniżający napięcie
+
P
Uz
L
Uo
D
C
Ro
-
b. Przekształtnik podwyższający napięcie
+
L
D
Uz
P
Uo
C
Ro
-
c. Przekształtnik obniżająco - podwyższający napięcie
+
P
D
Uz
Uo
L C
Ro
-
3
POMIARY PRZEKSZTAA
TNIKA DC\DC PODWYŻSZAJ
CEGO
NAPI
CIE PRACUJ
CEGO W OTWARTYM UKA
ADZIE REGULACJI.
Na rys.1 przedstawiono schemat przekształtnika DC|DC pracującego w otwartym
układzie regulacji. Użytkownik może zadawać zarówno współczynnik wypełnienia D jaki i
częstotliwość przełączeń ( w zakresie 10-66KHz)
iLb Lb=517uH iDb Db
id
Dławik
iS Cd
Uin=10V
T
uCd R=120 0
330uF
Pomiar prądu Pomiar
napięcia
ADC ADC
Driver
1MHz 1MHz
FPGA
fsw
PWM
generator
D
Rysunek 1 Schemat poglądowy przekształtnika DC|DC pracującego w otwartym układzie regulacji.
a) Demonstracja pracy przy napięciu Uwe=10V i Robc=120
Praca ciągła i nieciągła
Rysunek 2 Przebiegi prądu dławika (0,5A/div) oraz impulsów sterujących dla pracy w trybie nieciągłym i
ciągłym
4
LOAD
 Praca na granicy CCM i DCM
Rysunek 3 Przebiegi prądu dławika (0,5A/div) oraz impulsów sterujących (fsw=10kHz) dla pracy na
granicy trybów nieciągłego i ciągłego
W trakcie pomiarów ustawiono parametry pracy układu tak aby znalazł się w trybie pracy
na granicy trybu ciągłego i przerywanego.
Uwe=10V (na C), fsw=10kHz, D=0,58 ; R=118
Zmierzona wartość średnia prądu granicznego dławika wynosi:
Ilśr=548mA
Przyjmując zadane parametry pracy wyliczenie teoretyczną wartość prądu granicznego
Ts Vo Ts Vin 100usek *10V 0,58
ILB D(1 D) D 0,561A
2L 2L 2 517uH
b) Zmiana częstotliwości przełączeń w zakresie od 10KHz do 60KHz
Demonstracja efektów akustycznych w paśmie częstotliwości słyszalnych.
5
c) Pomiary charakterystyki dla częstotliwości pracy f=10KHz i Uzas=10V
ton
Uout f (D)
gdzie D (współczynnik wypełnienia)
Tst
Charakterystykę ściągnąć dla 2 różnych wartości obciążenia DC: R1=118 , R2=60 .
D Uwy (teoretyczne) Uwy(dla Robc=118 ) Uwy(dla Robc=61 )
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
d) Pomiary charakterystyki dla częstotliwości pracy f=33KHz i Uzas=10V
Charakterystykę ściągnąć dla 2 różnych wartości obciążenia DC: R1=118 , R2=60 .
D Uwy (teoretyczne) Uwy(dla Robc=118 ) Uwy(dla Robc=61 )
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
6
POMIARY PRZEKSZTAA
TNIKA DC\DC PODWYŻSZAJ
CEGO
NAPI
CIE PRACUJ
CEGO W ZAMKNI
TYM UKA
ADZIE REGULACJI
Parametry pracy:
Uwe=20V
Fsw=32KHz
Uout_zadawane=40V
iLb Lb=517uH iDb Db
id
Dławik
iS Cd
T
uin
uCd R=120 0
330uF
Pomiar prądu Pomiar
napięcia
ADC ADC
Driver
1MHz 1MHz
-
FPGA uRef
Soft
start
-
PWM PI P
generator controller controller
Rysunek 4 Schemat poglądowy przekształtnika DC|DC pracującego w zamkniętym układzie regulacji.
7
LOAD