Politechnika Białostocka 

Katedra Energoelektroniki i Napędu Elektrycznego 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

BADANIE PRZEKSZTAŁTNIKA DC-DC 

PODWYŻSZAJĄCEGO NAPIĘCIE  

W UKŁADZIE MOSTKOWYM 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Białystok 2006 

Ogólne zasady bezpieczeństwa 

 

Przed przystąpieniem do zajęć należy zapoznać się z instrukcją 

dydaktyczną do stanowiska laboratoryjnego. 

 

Dokonać oględzin urządzeń i przyrządów używanych w ćwiczeniu, 

a o zauważonych nieprawidłowościach bezzwłocznie powiadomić 
prowadzącego. 

 

Zabrania się samodzielnego załączania stanowiska bez zgody 
prowadzącego. 

 

Zmian nastaw parametrów lub konfiguracji, możliwych przy użyciu 
dostępnych manipulatorów (potencjometrów, przełączników), należy 
dokonywać po przeanalizowaniu skutków takich działań. 

 

Zmian konfiguracji obwodów elektrycznych, możliwych jedynie poprzez 
zmiany połączeń przewodów, należy dokonywać za zgodą prowadzącego 
po uprzednim wyłączeniu zasilania stanowiska. 

 

Po załączeniu stanowiska wykonywanie przełączeń (np. wymiana 
przyrządu) w układzie znajdującym się pod napięciem jest niedozwolone. 

 

W w/w stanowisku dostępne są części czynne obwodu elektrycznego 
o napięciu przekraczającym napięcie bezpieczne, dlatego przed 
uruchomieniem należy zachować odpowiednie oddalenie od tych części 
czynnych w celu uniknięcia porażenia prądem elektrycznym. 

 

Stosowanie sposobów sterowania, ustawień lub procedur innych niż 
opisane w instrukcji może spowodować nieprzewidziane zachowanie 
obiektu sterowanego a nawet uszkodzenie stanowiska. 

 

Nie należy podłączać urządzeń nie przeznaczonych do współpracy z tym 
stanowiskiem laboratoryjnym. 

 

Przekroczenie dopuszczalnych parametrów prądów, napięć sygnałów 
sterujących może doprowadzić do przegrzania się niektórych podzespołów, 
pożaru lub porażenia prądem. 

 

W przypadku pojawienia się symptomów nieprawidłowego działania (np. 
swąd spalenizny) natychmiast należy wyłączyć stanowisko i odłączyć 
przewód zasilający. 

 

Demontaż osłon stanowiska oraz wszelkie naprawy i czynności serwisowe, 
oprócz opisanych w instrukcji, powinny być wykonywane przez 
wykwalifikowany personel po wyłączeniu stanowiska. 

 

Należy stosować tylko bezpieczniki o parametrach nominalnych podanych 
w instrukcji lub na obudowie urządzenia. 

 

Urządzenie powinno być czyszczone przy użyciu suchej i miękkiej szmatki. 
Nie należy stosować do tych celów rozpuszczalników. 

 

Podczas korzystania z aparatury laboratoryjnej (oscyloskopy, generatory, 
zasilacze itp.) należy przestrzegać ogólnych zasad bezpieczeństwa tj.: 

 
 

- Do  zasilania  przyrządu należy stosować tylko kable zalecane do danego 

wyrobu. 

- Nie  należy podłączać lub odłączać sond i przewodów pomiarowych, gdy są 

one dołączone do źródła napięcia. 

- Przyrząd powinien być połączony z uziemieniem przez przewód ochronny 

w kablu  zasilającym. Aby uniknąć porażenia przewód ten powinien być 
podłączony do przewodu ochronnego sieci. 

- Przewód uziemiający sondy należy podłączać tylko do uziemienia ochronnego. 

Nie należy podłączać go do punktów o wyższym potencjale. 

- Aby uniknąć porażenia prądem podczas używania sondy, należy trzymać palce 

nad pierścieniem zabezpieczającym. Nie wolno dotykać metalowych części 
grotu, gdy sonda jest podłączona do źródła napięcia 

- Nie  dotykać końcówek przewodów łączeniowych w trakcie wykonywania 

pomiarów 

 

 

 

I. PODSTAWY 

TEORETYCZNE 

 

1. Schemat układu 

 

Rys.1. Schemat ideowy przekształtnika DC/DC zasilanego ze źródła prądu 

 

2. Sposób sterowania 

 

Rys.2. Impulsy sterujące tranzystorami przekształtnika 

f

T

1

=

 - okres,   gdzie 

const

f

=

 - częstotliwość sterowania 

2

T

w

⋅

, - okres przesunięcia impulsów           

1

0

≤

≤ w

, 

var

w

=

  

3. 

Charakterystyczne przebiegi czasowe prądów oraz podstawowe 

zależności 

 

 

 

Rys.3. Przebiegi czasowe prądów w układzie: 

i

s

- prądu źródła, i

T2

- tranzystora, i

wyf 

-wyjściowego falownika, i

wyp

- wyjściowego prostownika 

 

2

min

s

max

s

s

I

I

I

+

=

 (1) 

s

I

 - 

wartość średnia prądu źródła 

(

)

)

1

(

2

2

1

2

min

max

w

I

T

T

w

I

I

I

s

s

s

o

−

=

−

+

=

 (2) 

o

I

 - wartość średnia prądu odbiornika 

Porównania mocy na wejściu i wyjściu: 

o

o

s

s

I

U

I

U

⋅

=

⋅

⋅

η

 (3) 

Na podstawie (2) i (3) otrzymujemy zależność na współczynnik wzmocnienia 

napięciowego 

k

 układu: 

u

w

U

U

k

s

o

u

−

=

=

1

1

η

. (4) 

Wartość średnia prądu w tranzystorze: 

2

2

1

s

s

T

I

T

I

T

I

=

⋅

=

 (5) 

Wartość skuteczna prądu w tranzystorze: 

w

I

I

T

I

T

I

o

s

s

Tsk

−

=

=

⋅

=

1

1

2

2

2

1

2

 (6) 

Straty przewodzenia w tranzystorze: 

(

)

oN

o

oN

Tsk

T

R

w

I

R

I

P

2

2

2

1

1

2

−

=

⋅

=

∆

 (7) 

oN

R

  - rezystancja tranzystora w stanie przewodzenia 

Moc tracona w odbiorniku: 

o

o

o

R

I

P

⋅

=

2

 (8) 

Miarą sprawności 

η

 układu jest stosunek strat do mocy w odbiorniku: 

o

o

o

P

P

P

P

P

∆

+

=

∆

+

=

1

1

η

. (9) 

Jeżeli więc rośnie stosunek: 

(

)

o

oN

o

T

R

R

w

P

P

2

1

1

2

1

−

=

∆

, (10) 

to maleje sprawność układu. Skutkiem malejącej sprawności ze wzrostem   

(zal.10) następuje ograniczenie współczynnika wzmocnienia napięciowego 

 

(zal.4). Przykładową charakterystykę regulacyjną przedstawia rys.4. 

w

u

k

 

Rys. 4. Charakterystyka regulacyjna przekształtnika 

 

 

4. Parametry filtru 

Indukcyjność 

 dobieramy zakładając dopuszczalne pulsacje prądu i : 

F

L

s

2

1

T

w

U

L

I

I

i

s

F

min

s

max

s

s

⋅

⋅

=

−

=

∆

. (11) 

Względne pulsacje prądu: 

(

)

(

)

o

s

F

o

o

s

F

s

s

U

w

T

w

U

L

R

I

w

T

w

U

L

I

i

−

⋅

⋅

=

−

⋅

⋅

=

∆

1

2

1

2

1

. (12) 

W przybliżeniu (przy pominiętych stratach): 

w

U

o

s

−

=1

 

U

(

2

1

2

w

w

L

f

R

I

i

F

o

s

s

−

⋅

⋅

=

∆

)

. (13) 

Maksimum funkcji występuje przy 

3

1

=

w

, stąd: 

s

s

o

F

I

i

f

R

L

∆

≥

27

2

. (14) 

Kondensator 

 jest rozładowywany stałym prądem 

 w czasie 

F

C

o

I

2

T

w

⋅ , stąd 

pulsacje napięcia: 

2

1

T

w

I

C

U

o

F

o

⋅

⋅

=

∆

. (15) 

Względne pulsacje napięcia: 

o

F

o

F

o

o

R

f

C

w

R

T

w

C

U

U

⋅

⋅

⋅

=

⋅

=

∆

2

2

1

. (16) 

Stąd: 

o

o

o

max

F

U

U

R

f

w

C

∆

⋅

⋅

=

2

. (17) 

 

Opis stanowiska laboratoryjnego 

 
 

Na rysunku 6 pokazano widok płyty czołowej stanowiska 

laboratoryjnego. Składa się ona z trzech pól. Lewe z nich zawiera układ 
sterowania, prawe - część siłową przekształtników, i środkowe z elementami 
związanymi z zasilaniem. Są tu trzy zaciski, oznaczone symbolem 

2

E

, na 

których pojawia się napięcie z zewnętrznego, symetrycznego zasilacza o 
regulowanym płynnie napięciu w zakresie 0

±

30V (zasilacz ten dołącza się do 

kabla wyprowadzonego na tylnej ścianie stanowiska) oraz przyciski sterujące. 
Wyłącznikiem 

ZS 

załącza się obwód sterowania i przygotowuje do 

uruchomienia obwód główny, który można załączyć i wyłączyć odpowiednio 
przyciskami 

Z

 i 

W

. 

 

Po prawej stornie płyty czołowej umieszczono elementy, z których łączy 

się w trakcie badań różne typy przekształtników. Są tu cztery tranzystory 

MOSFET

 typu 

IRFP 460

, z których każdy ma wyprowadzony dren, źródło i 

bramkę. Tranzystory są wewnętrznie dołączone do obwodu sterowania. Łączy 
się tylko źródło i dren tranzystora według zadanej konfiguracji przekształtnika. 
Zacisk bramki tranzystora służy tylko do obserwacji sygnału sterującego. Sygnał 
ten należy oglądać w odniesieniu do masy elektroniki. Struktura tranzystora 
typu 

IRFP 460

 zawiera zintegrowaną diodę, zwaną diodą podłożową. Dioda ta 

ma bardzo złe właściwości dynamiczne. Można ją wyeliminować stosując 
odpowiednio połączone diody szybkie typu 

HFA25TB60

. Na pulpicie oznaczone 

są jako 

D

5 

÷ 

D

16

. 

Oprócz elementów półprzewodnikowych na płycie czołowej stanowiska 

umieszczono sześć bipolarnych kondensatorów o pojemnościach: 

57nF

  (

C

1

), 

47nF

 (

C

5

 

i

 C

6

) i 

10nF

 (

C

2

, C

3

 

i

 C

4

). Kondensatory 

C

7

, C

8

 

i

 C

9

 to kondensatory 

elektrolityczne o pojemności odpowiednio 

47

µ

F, 100

µ

F i 220

µ

F

. Ponadto na 

płycie czołowej stanowiska zainstalowano cztery dławiki powietrzne 

L

1

 ÷ 

L

4

o 

indukcyjności ok. 

10

µ

H

 oraz dwa dławiki ferromagnetyczne 

L

5

 i 

L

6

. 

Obciążeniem budowanych przekształtników mogą być wbudowane oporniki 

R

1

 i 

R

2

 o rezystancji 

16

Ω

..

  

Wszystkie obserwacje przebiegów napięć i prądów mogą być 

dokonywane za pomocą oscyloskopu. W celu ułatwienia obserwacji 
zamontowane zostały przetworniki typu 

LEM

 obserwacji prądów (

PI

1 

÷ 

PI

5

). 

 Prawą stronę pulpitu stanowiska laboratoryjnego zajmuje modulator, 
generujący impulsy sterujące tranzystorami. Jest on wewnętrznie połączony z 
tranzystorami. Modulator jest układem uniwersalnym i może być stosowany do 
sterowania różnymi typami przekształtników. Dobór układu sterowania do 
przekształtnika odbywa się poprzez wstawienie do gniazda umieszczonego obok 
napisu 

„UKŁAD MODULATORA”

 odpowiednio spreparowanego wtyku 

(klucza) oznaczonego kolejną liczbą. Wtyk ten jest dostępny u prowadzącego 
zajęcia. Od gniazda umieszczonego obok napisu 

„UKŁAD MODULATORA”

 

rozchodzą się w kierunku poszczególnych pól układu sterowania i 
potencjometrów numerowane strzałki. Włożenie wtyku z numerem 

1 

oznacza, 

że uaktywni się pole z potencjometrem 

f

T

, do regulacji częstotliwości napięcia 

wyjściowego. Wstawienie wtyku z innym numerem spowoduje zmianę rodzaju 
sterowania i uaktywnienie się innych pól. 
 

t

w

t

i

T

f

T

f

m

in

f

m

a

x

f

1

A

k

∆

A

O

fs

t

O

fs

t

P

oz

io

m

 k

om

pa

ra

cj

i

sy

gn

ał

u 

w

 u

kł

ad

zi

e

re

gu

la

cj

i

je

d

no

bi

e

gu

no

w

e

j

je

dn

og

ał

ęz

io

w

e

j

t

i

k

2
4

3

5

5

a

5

b

5b

6a

6
7
8
9

1

U

kł

ad

 m

o

d

u

la

to

ra

kT

i u

i

u

E_ 2

E_ 2

P

I

Z

W

Z

S

4

3

2

1

P

N

1

P

P

1

P

P

2

P

P

3

P

R

Z

E

K

S

Z

T

A

Ł

T

N

IK

I  

 I

M

P

U

L

S

O

W

E

C

3

C

4

D

9

D

1

0

D

11

D

1

2

P

N

2

C

7

C

8

C

9

P

P

4

P

P

5

D

16

R

1

C

5

L1

L

2

L3

L5

L

6

L

4

C

6

R

2

D

1

3

D

14

D

1

5

T

R

1

D

5

D

6

D

8

D

7

C

2

C

1

O

fs

t

 

Rys. 5. 

Widok płyty czołowej stanowiska

 

 

5. Program ćwiczenia 

 

1. Zmierzyć zastosowane parametry filtru: 

, 

, przyjąć częstotliwość 

sterowania układu. 

F

L

F

C

2. Przy  założonym napięciu 

, założonych prądach tranzystora oraz 

zmianach 

U

 dobrać rezystancję 

. 

z

U

o

o

R

3. Zarejestrować przebiegi w stanie obciążenia. 

4. Zdjąć charakterystykę regulacyjną układu. 

5. Zdjąć charakterystykę sprawności. 

 

7. Literatura 

1. Wykład Elektronika Mocy 1. 

2.  Baranowski J. Czajkowski. Układy elektroniczne cz. II Układy analogowe 

i impulsowe WNT 1994 

3. Dmowski A. Energoelektroniczne układy zasilania prądem stałym w 

telekomunikacji i energetyce WNT Warszawa 1998 

 

 

 

 

Instrukcję opracował: 

Prof. dr hab. inż. Tdeusz Citko 

Dr inż. Stanisław Jałbrzykowski