Akademia Górniczo-Hutnicza	ŁUKASIK Adrian RADZIK Jarosław
Laboratorium Napędów Elektrycznych i Energoelektroniki
Wydział: EAIiIB	Rok akademicki: 2014/2015	Rok studiów: III
Temat ćwiczenia: PRZEKSZTAŁTNIKI DC/DC
Data wykonania: 21.10.2014	Data oddania: 5.12.2014	Ocena:

Opracowanie pomiarów wykonanych podczas laboratorium:

Dane uzyskane podczas pomiarów w laboratorium: Wzmocnienie obliczone na podstawie pomiarów:

Wykresy przedstawiające uzyskane wyniki:

Wnioski:

Na zajęciach zostały przedstawione nam przekształtniki DC-DC. Są one używane w przemyśle, ale również w wielu urządzeniach gospodarstwa domowego. W elektronice bardzo dobrze sprawdzają się do obniżania napięcia zasilania w procesorach komputerowych, które wymagają napięcia 3.3V lub te wydajniejsze napięcia 1V. Stabilizatory liniowe w tym przypadku nie zdają egzaminu, gdyż powodują, że z obwodu wydziela się bardzo duża ilość ciepła. Z tego powodu stosuje się przekształtniki typu BUCK.
Przekształtniki typu BOOST które podnoszą napięcie znajdują zastosowanie w instalacjach fotowoltaicznych. Montowane panele słoneczne na dachach domów, dzięki oddziaływaniu promieni słonecznych wytwarzają prąd stały o wartości najczęściej 12 lub 24V. Jest to wartość zbyt mała by mogła służyć do zasilania urządzeń elektrycznych codziennego użytku. Dlatego stosuje się Przekształtniki BOOST, które podnoszą napięcie do wartości takiej, by falownik zamontowany za przekształtnikiem miał wymagane napięcie by mógł „zamienić” napięcie stałe na przemienne o parametrach takich jak napięcie sieciowe. Dzięki takiemu zastosowaniu, przy dużej ilości ogniw słonecznych nasz dom nie musi być zależny od napięcia sieciowego przesyłanego od dystrybutora energetycznego. Przy wydajnej instalacji istnieje również możliwość sprzedaży wyprodukowanej energii elektrycznej przez nasze kolektory dystrybutorowi na określonych oczywiście warunkach.

W części praktycznej ćwiczenia badaliśmy przekształtnik BOOST – czyli przekształtnik podwyższający napięcie. Podczas konstruowania tych układów kierowano się 3 założeniami,. Pierwsze założenie mówi, ze każdy cykl pracy przekształtnika musi być taki sam czyli, że będzie pracował w stanie ustalonym. Następne mówi o napięciu wyjściowym, które jest wyższe lub równe napięciu wejściowemu oraz ostatnie, które mówi że pojemność kondensatora C jest na tyle duża, iż napięcie na nim nie zmienia się w trakcie trwania okresu. Jedną z zalet tych przekształtników jest małe tętnienie prądu wejściowego. Jest to ważne, gdyż duże skoki prądu mogłyby doprowadzić nawet do trwałego uszkodzenia układu, który zasilają (np. laptopa). Sytuacja taka jest niepożądana ani przez użytkowników, ani przez producentów. Dlatego Ci drudzy decydują się właśnie na zastosowanie przekształtników DC-DC. Niestety omawiane przez nas przekształtniki posiadają również wady. Przykładowo słabością przekształtnika BOOST jest słaba sprawność przy współczynniku wzmocnienia większego niż ~0,84. Sytuację tę obrazuje wykres poniżej:

Kolejnym minusem są duże straty spowodowane rezystancjami poszczególnych elementów (realny układ nie jest złożony z elementów idealnych) oraz konieczność zastosowania wytrzymałych łączników (u nas na schematach łącznika S). Wytrzymałe łączniki wiążą się z większymi kosztami układu przekształtnika. Układy BOOST projektuje się najczęściej do pracy przy wzmocnieniu nie większym niż dziesięć.

W części teoretycznej zajęć poznaliśmy również dwie możliwe prace układów BOOST – DCM oraz CCM. Nasuwa się pytanie, która praca jest bardziej korzystna. Odpowiedzią jest – praca w układzie CCM, gdyż w przeciwieństwie do pracy DCM płynie tam zawsze prąd. W CCM nie ma okresów „pustych” tzn. takich w których nie płynie prąd. Ponadto charakterystyka pracy CCM obrazuje nam, że prąd nie wykonuje takich skoków jak ma to miejsce w układzie drugim, dzięki czemu nie ma konieczności stosowania dodatkowych filtrów „wygładzających” prąd.

Kolejną ważną kwestią w układzie BOOST jest odbiornik. Należy pamiętać, że podczas zasilania układu NIE można odłączać odbiornika (rezystancji). Dlaczego? Mają na to wpływ trzy elementy zastosowane w układzie a mianowicie cewka L, która podczas zasilania (pomimo braku obciążenia) nadal magazynuje energię, polaryzuje diodę i oddaje zmagazynowaną energię do kondensatora C. W teorii kondensator potrafi przyjąć całą energię przesyłaną od cewki, jednak w praktyce kondensator, dioda oraz włącznik S (najczęściej tranzystor MOS-FET lub RGBT) mają swoje ograniczenia co może doprowadzić do zniszczenia kondensatora oraz diody. Jest to ważna kwestia i należy pamiętać, że jeśli mamy zamiar odłączać od układu obciążenie musimy najpierw pozbawić go napięcia zasilającego, by nie doprowadzić do uszkodzenia układu.