1
Temat ćwiczenia:
PRZETWORNIKI IMPULSOWE DC/DC
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Prowadzący:
dr inż. Adam Penczek
Ilość godzin:
2h
1
Temat ćwiczenia:
PRZETWORNIKI IMPULSOWE DC/DC
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Prowadzący:
dr inż. Adam Penczek
Ilość godzin:
2h
2
W
PROWADZENIE
- podstawowe topologie przekształtników DC\DC
- zastosowanie przekształtników DC\DC,
- przetwornica DC-DC typu Boost – szczegółowa analiza,
Regulacja wartości średniej napięcia za pomocą zmiany współczynnika wypełnienia
przebiegu
t [msek]
U [V]
U
z
U [V]
u
o
(t)
U
ośrednie
T
st
t
on
U [V]
U
z
U
zśrednie
u
o
(t)
Wartość średnią napięcia można regulować poprzez zmianę współczynnika wypełnienia
przebiegu napięcia –D
ster
on
T
t
D
W przypadku przekształtnika obniżającego wartość średnia napięcia wynosi :
U
średnia=
=U
z
*D
i jest równoważna polu powierzchni pod przebiegiem chwilowej wartości napięcia u
o
(t)
(szara płaszczyzna na rysunku nr 1)
Praktyczna realizacja (w technice analogowej) regulacji napięcia za pomocą modulacji
szerokości impulsów (PWM)
-
VCC
VCC
VCC
U
pot
Komparator
Znaku
Generator
piły
Potencjometr
Ciąg impulsów
załączających
tranzystor
3
Podstawowe topologie - uproszczone schematy przekształtników DC/DC
a. Przekształtnik obniżający napięcie
b. Przekształtnik podwyższający napięcie
c. Przekształtnik obniżająco - podwyższający napięcie
U
o
+
-
U
z
P
D
C
L
R
o
U
o
+
-
U
z
P
D
C
L
R
o
U
o
+
-
U
z
P
D
C
L
R
o
4
P
OMIARY PRZEKSZTAŁTNIKA
DC\DC
PODWYŻSZAJĄCEGO
NAPIĘCIE PRACUJĄCEGO W OTWARTYM UKŁADZIE REGULACJI
.
Na rys.1 przedstawiono schemat przekształtnika DC|DC pracującego w otwartym
układzie regulacji. Użytkownik może zadawać zarówno współczynnik wypełnienia D jaki i
częstotliwość przełączeń ( w zakresie 10-66KHz)
ADC
1MHz
PWM
generator
Driver
Pomiar prądu
Dławik
L
b
=517uH
330uF
C
d
L
O
A
D
D
b
T
Uin=10V
i
Lb
i
Db
i
d
i
S
u
Cd
ADC
1MHz
FPGA
Pomiar
napięcia
R=120
0
fsw
D
Rysunek 1 Schemat poglądowy przekształtnika DC|DC pracującego w otwartym układzie regulacji.
a) Demonstracja pracy przy napięciu U
we
=10V i R
obc
=120
Praca ciągła i nieciągła
Rysunek 2 Przebiegi prądu dławika (0,5A/div) oraz impulsów sterujących dla pracy w trybie nieciągłym i
ciągłym
5
Praca na granicy CCM i DCM
W trakcie pomiarów ustawiono parametry pracy układu tak aby znalazł się w trybie pracy
na granicy trybu ciągłego i przerywanego.
U
we
=10V (na C), f
sw
=10kHz, D=0,58 ; R=118
Zmierzona wartość średnia prądu granicznego dławika wynosi:
I
lśr
=548mA
Przyjmując zadane parametry pracy wyliczenie teoretyczną wartość prądu granicznego
b) Zmiana częstotliwości przełączeń w zakresie od 10KHz do 60KHz
Demonstracja efektów akustycznych w paśmie częstotliwości słyszalnych.
A
uH
V
usek
D
L
V
T
D
D
L
V
T
I
in
s
o
s
LB
561
,
0
517
2
58
,
0
10
*
100
2
)
1
(
2
Rysunek 3 Przebiegi prądu dławika (0,5A/div) oraz impulsów sterujących (f
sw
=10kHz) dla pracy na
granicy trybów nieciągłego i ciągłego
6
c) Pomiary charakterystyki dla częstotliwości pracy f=10KHz i Uzas=10V
)
(D
f
U
out
gdzie
st
on
T
t
D
(współczynnik wypełnienia)
Charakterystykę ściągnąć dla 2 różnych wartości obciążenia DC: R1=118 , R2=60 .
D
U
wy
(teoretyczne)
U
wy
(dla R
obc
=118
)
U
wy
(dla R
obc
=61
)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
d) Pomiary charakterystyki dla częstotliwości pracy f=33KHz i Uzas=10V
Charakterystykę ściągnąć dla 2 różnych wartości obciążenia DC: R1=118 , R2=60 .
D
U
wy
(teoretyczne)
U
wy
(dla R
obc
=118
)
U
wy
(dla R
obc
=61
)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
7
P
OMIARY PRZEKSZTAŁTNIKA
DC\DC
PODWYŻSZAJĄCEGO
NAPIĘCIE PRACUJĄCEGO W ZAMKNIĘTYM UKŁADZIE REGULACJI
Parametry pracy:
U
we
=20V
F
sw
=32KHz
U
out_zadawane
=40V
ADC
1MHz
P
controller
-
u
Ref
PWM
generator
Driver
Pomiar prądu
Dławik
L
b
=517uH
330uF
C
d
L
O
A
D
D
b
T
u
in
i
Lb
i
Db
i
d
i
S
u
Cd
ADC
1MHz
PI
controller
FPGA
-
Soft
start
Pomiar
napięcia
R=120
0
Rysunek 4 Schemat poglądowy przekształtnika DC|DC pracującego w zamkniętym układzie regulacji.