PROJEKT

„Przetwornica typu Buck o stabilizowanym napięciu wyjściowym”

1. Wstęp.

Celem projektu jest zastosowanie komputerowych programów do symulacji obwodów elektrycznych oraz poznanie zasady działania układów zamkniętych z regulatorami. Zakres badań obejmował kontrole zmian wartości napięcia wyjściowego w zależności od zadanego Uref (współczynnika wypełnienia), zmian napięcia wejściowego oraz zmian obciążenia podczas pracy układu.

2. Opis badanego układu.

Układ badanego przekształtnika DC/DC pracuje w dwóch stanach, tzn. gdy przełącznik znajduje się w pozycji 1 lub 2 (na rysunku powyżej).

Gdy przełącznik znajduje się w pozycji 1, następuje ładowanie cewki energią oraz kondensatora napięciem.

Gdy wyłącznik znajduje się w pozycji 2, obwód zamyka się wtedy przez cewkę L, obciążenie R i diodę D. W tym czasie energia zgromadzona w cewce jest oddawana do obciążenia. Maksymalna wartość napięcia wyjściowego jaką możemy otrzymać na wyjściu równa jest wartości napięcia wejściowego. Zmieniając czasu załączenia i wyłączenia klucza (współczynnik wypełnienia) możemy regulować wartością napięcia wyjściowego.

Transformatę napięciową układu możemy wyrazić w sposób przedstawiony poniżej.

Ponieważ:
; → pow. A = pow. B na rysunku

1. transformata napięciowa jest równa:

2. transformata prądowa:

Pomijając straty mocy w przekształtniku mamy:

→
→
;

I w ostateczności otrzymujemy:

Wykresy przebiegu napięć dla ciągłego prądu iL zastały przedstawione na poniższym rysunku.

Napięcie u_s(t) z regulatora trafia na komparator gdzie zostaje porównane z przebiegiem piłokształtnym co powoduje powstanie impulsów sterujących tranzystorem, charakteryzujących się zmiennym współczynnikiem wypełnienia
. Zasada formowania impulsów sterujących pokazana jest na rysunku poniżej.

Układ przekształtnika DC/DC typu Buck w układzie zamkniętym, z układem formowania sygnałów sterujących i regulatorem P.

3. Przebieg symulacji.

Wartości elementów zostały przedstawione poniżej.

Dane układu:

Uwe1=400V

Uwe2=200V

L=1mH

C=80µF

R1=10Ω

R2=1kΩ

Parametry układu sterowania:

Sumator:

A1=1

A2=-1

Ymin=-10

Ymax=10

Przerzutnik:

Uref=0

UoL=-10

UoH=10

Czujnik napięciowy:

wzmocnienie=1

Ymin=0

Ymax=400

Regulator P:

wzmocnienie=1

Ymin=0

Ymax=10

Schemat ideowy układu symulacyjnego przedstawiony jest poniżej.

Na schemacie umieszczone zostały napięcia pomocnicze oraz klucze służące do symulacji zmian napięcia wejściowego oraz obciążenia w celu analizy zmian napięcia wyjściowego.

Początkowa wartość napięcia wejściowego równa jest 400V, po 10ms włączone zostaje źródło 200V (źródło 400V zostaje wyłączone), po 20ms zmienia się wartość obciążenia z 10Ω do 1kΩ przy napięciu wejściowym 200V.

3.1. Przebieg napięcia wyjściowego i prądu dla różnych wartości napięcia zadanego Uref

(różnych wartości współczynnika wypełnienia).

Uref=400V (współczynnik wypełnienia 100%).

a) Przebiegi napięcia wyjściowego.

b) Sygnały z regulatora P.

Uref=200V (współczynnik wypełnienia 50%) .

a) Przebiegi napięcia wyjściowego.

d) Sygnały z regulatora P.

Uref=4V (współczynnik wypełnienia 1%).

a) Przebiegi napięcia wyjściowego.

b) Przebiegi prądu wyjściowego.

3.2. Przebieg napięcia i prądu wyjściowego przy zadanym Uref=150V(napięcie

wejściowe zmienia się z 400V do 200V po 10ms, obciążenie zmienia się z 10Ω

do 1kΩ po 20ms).

a) Przebiegi napięcia wyjściowego.

Charakterystyka przedstawia zmianę napięcia wyjściowego w całym zakresie symulacji.

Charakterystyka przedstawia zmianę napięcia wyjściowego przy zmianie napięcia wejściowego z 400V do 200V.

Charakterystyka przedstawia zmianę napięcia wyjściowego przy zmianie obciążenia z 10Ω do 1kΩ.

b) Przebiegi prądu wyjściowego.

Ch-ka przedstawia zmianę prądu wyjściowego w całym zakresie symulacji.

Charakterystyka przedstawia zmianę prądu wyjściowego przy zmianie napięcia wejściowego z 400V do 200V.

Charakterystyka przedstawia zmianę napięcia wyjściowego przy zmianie obciążenia z 10Ω do 1kΩ.

c) Sygnał sterujący tranzystorem.

(przebiegi zarejestrowano dla odcinka czasu równego 0,45ms)

Sygnał sterujący tranzystorem dla napięcia zasilania 400V i obciążenia 10Ω.

Sygnał sterujący tranzystorem dla napięcia zasilania 200V i obciążenia 10Ω.

Sygnał sterujący tranzystorem dla napięcia zasilania 200V i obciążenia 1kΩ.

d) Sygnały z regulatora P.

(przebiegi zarejestrowano dla odcinka czasu równego 0,45ms)

Sygnał z regulatora dla napięcia zasilania 400V i obciążenia 10Ω.

Sygnał z regulatora dla napięcia zasilania 200V i obciążenia 10Ω.

Sygnał z regulatora dla napięcia zasilania 200V i obciążenia 1kΩ.

4. Wnioski.

5

496

---