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 czasem przewodzenia tranzystora, natomiast 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

1. 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).

2. Christophe P. Basso: Switch-Mode Power Supply SPICE Cookbook. McGraw-Hill Professional; ISBN: 0071375090; Bk&Cd-Rom edition (March 19, 2001).

3. Nowak M., Barlik R.: Poradnik inżyniera energoelektronika. WNT, Warszawa, 1998.

4. Tunia H., Winiarski B.: Energoelektronika. WNT, Warszawa, 1994.

5. Ferenczi Ö.: Zasilanie układów elektronicznych. Zasilacze impulsowe. WNT, Warszawa, 1989.

6. Borkowski A.: Zasilanie urządzeń elektronicznych. WKiŁ, Warszawa, 1990.

Iwe

Uwe