POLITECHNIKA ŁÓDZKA
KATEDRA MIKROELEKTRONIKI
I TECHNIK INFORMATYCZNYCH
LABORATORIUM
ELEKTRONIKA PRZEMYSŁOWA
Ćwiczenie nr 2
Przetwornica dławikowa podwyższająca napięcie
Opracował: TOMASZ POŹNIAK
Kierunek: ELEKTROTECHNIKA II ROK SEM. IV Ćwiczenie nr 2
PRZETWORNICA DŁAWIKOWA PODWYŻSZAJĄCA NAPIĘCIE
1. Układ bezstratny
Rys.1. Przetwornica dławikowa podwyższająca napięcie (Boost converter)
W układzie bezstratnym, pracującym z ciągłym prądem dławika (tryb CCM), napięcie wyjściowe określone jest zależnością
|
(1) |
przy czym
Ti - jest to okres pracy przetwornicy. |
(2) |
Rys.2. Charakterystyka sterowania dla bezstratnego układu przetwornicy
dławikowej podwyższającej napięcie
Rys.3. Teoretyczne przebiegi napięć i prądów w układzie przetwornicy dławikowej podwyższającej napięcie (z rys. 1)
2. Badania symulacyjne przetwornicy podwyższającej napięcie
Celem ćwiczenia jest wykonanie badań symulacyjnych przekształtnika, którego model należy skonfigurować wykorzystując zawarte w bibliotekach programu symulacyjnego modele przyrządów mocy (tranzystora polowego i szybkiej diody).
2.1. Budowa i uruchomienie modelu
Układ należy zbudować deklarując podane przez prowadzącego wartości parametrów użytych elementów oraz napięcia zasilania i częstotliwości pracy. Do sterowania tranzystora mocy wykorzystać źródło napięciowe typu PULSE deklarując prostokątny przebieg napięcia o odpowiednim wypełnieniu i okresie odpowiadającym częstotliwości podanej przez prowadzącego. Źródło sterujące podłączyć do układu (pomiędzy bramkę i źródło tranzystora mocy) poprzez szeregowy rezystor ograniczający 18, włączając równolegle do tranzystora rezystor 470 tak jak pokazano na rys. 4.
Rys.4. Przykładowy model przetwornicy dławikowej podwyższającej napięcie
Pierwsze symulacje przeprowadzić przyjmując współczynnik wypełnienia D nie przekraczający wartości 0,5. Przed uruchomieniem analizy wybrać odpowiednie przebiegi, które powinny być wyświetlane i określić ich zakres oraz skalę. Przykładowe wyniki pokazano na rys. 5.
Czas trwania analizy powinien być tak dobrany aby warunki pracy ustaliły się.
Rys.5. Przebiegi napięć i prądów w układzie przetwornicy dławikowej podwyższającej napięcie otrzymane w wyniku symulacji dla modelu z rys. 4
2.2. Program badań
Zbadać wpływ elementów reaktancyjnych (cewki i kondensatora) na pracę układu podczas startu i po ustaleniu się przebiegów. Do zmiany wartości parametrów L i C można wykorzystać funkcję Stepping.
Zbadać wpływ sterowania na pracę układu, zmieniając współczynnik wypełnienia D. Porównać wyniki uzyskane podczas badań symulacyjnych modelu z wartościami obliczonymi ze wzoru (1) dla układu bezstratnego.
Zbadać wpływ zmian obciążenia. Charakteryzującą obciążenie rezystancję R należy zmieniać w takim zakresie aby układ przeszedł w tryb pracy DCM.
Zbadać efekty włączenia diody łagodzącej warunki startu przetwornicy.
3. Opracowanie wyników
W sprawozdaniu należy podać:
schemat zbudowanego modelu przetwornicy wraz z danymi jego elementów składowych,
wyniki badań symulacyjnych w postaci uzyskanych przebiegów czasowych napięć i prądów w układzie,
wyznaczoną podczas badań charakterystykę sterowania umieszczoną na wspólnym wykresie z charakterystyką teoretyczną (z rys. 2).
4. Uwagi i wnioski
Skomentować uzyskane wyniki porównując je z wynikami opisu układu bezstratnego, uzasadnić rozbieżności.
Jakie są efekty wejścia układu w tryb pracy DCM?
Ocenić skutki włączenia diody łagodzącej warunki startu przetwornicy.
5. Literatura
Christophe P. Basso: Switch-Mode Power Supplies; SPICE Simulations and Practical Designs, with CD-ROM. McGraw-Hill Professional; ISBN: 0071508589; Bk&Cd-Rom edition (Jan, 2008).
Christophe P. Basso: Switch-Mode Power Supply SPICE Cookbook. McGraw-Hill Professional; ISBN: 0071375090; Bk&Cd-Rom edition (March 19, 2001).
Nowak M., Barlik R.: Poradnik inżyniera energoelektronika. WNT, Warszawa, 1998.
Tunia H., Winiarski B.: Energoelektronika. WNT, Warszawa, 1994.
Ferenczi Ö.: Zasilanie układów elektronicznych. Zasilacze impulsowe. WNT, Warszawa, 1989.
Borkowski A.: Zasilanie urządzeń elektronicznych. WKiŁ, Warszawa, 1990.
Iwe
Uwe