Einführung zu Netzteilkarten

Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.

DC/DC-Wandler sind elektronische Stromrichter, die DC-Spannungen und Ströme ab einer bestimmten Stufe auf einer anderen Ebene zu konvertieren. In der Regel Spannungs-Wandlung ist der Hauptzweck der DC/DC-Wandler und drei Haupttypen von Konvertierung existieren in einem einzigen Konverter: Intensivierung, Rücktritt und treten nach oben oder unten. Gehören die häufigsten step-up-Wandler Boost-Konverter (finden Sie in diesem Video Sammlungen: DC/DC Hochsetzsteller), während unter der zweithäufigste Step-Down-Wandler sind Buck-Konverter. (Finden Sie in diesem Video Sammlungen: DC/DC Buck Converter.) Buck-Boost-Konverter sind auch common step-up und Step-Down-Funktionen durchführen, und Flyback Konverter können als spezielle Arten von Buck-Boost-Konverter wo galvanische Trennung zwischen der Input- und Output-Anschlüsse erreicht wird. (Finden Sie in diesem Video Sammlungen: Flyback Converter.)

DC/DC Konverter Topologien sind zahlreich und ihre Kontrolle, Modellierung und operative Verbesserungen (z.B. Effizienz, Zuverlässigkeit, Leistung, etc.) sind kontinuierliche Interessengebiete. Die HiRel Strommast präsentiert in diesem Experiment bietet eines sehr flexiblen Werkzeugs zum studieren und analysieren die Leistung steigern, Buck und Flyback Konverter, alles auf einer Platine.

Dieses Experiments soll stellen die Hauptkomponenten und die Fähigkeiten der Pole Leistungskarte aus HiRel Systeme, die das Board ist in drei Experimenten auf DC/DC-Wandler verwendet werden.

Der Strommast HiRel-Vorstand hat fünf große Teilschaltung Bereiche, die in Abb. 1 beschriftet werden. (Bereiche, die in Abb. 1 beschriftet sind ungefähre Angaben.) Der erste Bereich (rot) enthält die Primärseite hat Filterkondensatoren, einen Stromsensor und Stecker mit der Bezeichnung "V1" und "COM", die an eine Gleichspannungsquelle anschließen oder laden können. Abb. 2 zeigt einen Zoom in auf den ersten Bereich mit beschrifteten Komponenten.

Der zweite Bereich (gelb) enthält die Sekundärseite, die Filterkondensatoren, einen Stromsensor und Stecker mit der Bezeichnung "V2" und "COM", die Anschluss an eine Gleichspannungsquelle oder die Last als planar macht Widerstand gezeigt hat. Abb. 3 zeigt einen Zoom in auf der zweite Bereich mit beschrifteten Komponenten. Entweder die erste oder zweite Bereich lässt sich an eine Gleichspannungsquelle, z.B. DC-Netzteil anschließen, während andererseits zu einer Belastung verbindet. Beachten Sie, dass wenn der zweite Bereich mit einer Datenquelle verbunden ist, der Last Widerstand kann aus dem Board oder links abgelötet ohne Auswirkungen auf den Umrichterbetrieb wie es direkt von der Gleichspannungsquelle gefüttert werden würde.

Der dritte Bereich (grün) ist der Strommast Bereich, wo zwei MOSFETs und zwei Dioden miteinander verbunden sind. "Hinspiel" enthält eine obere MOSFET und eine untere Diode, während das "Rückspiel" eine obere Diode und einen niedrigeren MOSFET enthält. Die eigentlichen Komponenten der oberen MOSFET und Diode sind auf dem gleichen Kühlkörper in das grüne Rechteck von Abb. 1 auf der oberen linken Seite montiert, während die untere MOSFET und Diode auf dem gleichen Kühlkörper auf der unteren linken Seite in das grüne Rechteck in Abb. 1 montiert sind. Eine Zoom-Ansicht auf diesem Gebiet ist in Abb. 4 dargestellt. Das andere kleine grüne Rechteck enthält Gate-Treiber, die ein Niederleistungs-Schaltimpuls nehmen, z. B. Puls-breite-modulierte Signal und konvertieren es in die entsprechende Spannung, die Ebenen können die MOSFETs ein- und ausschalten.

Der vierte Bereich (blau) hat vier Anschlussstellen, wo ein Tochter-Board, das eine magnetische Komponente beinhaltet montiert werden kann. Zwei Bretter dienen mit diesem Board für die DC/DC-Wandler-Experimente: die erste Kammer ist das BB-Board, gezeigt in Abb. 5, die eine ungefähre 100 µH Induktivität; und das zweite Brett ist der Flyback-Board, in Abb. 6, umfasst ein Flyback gekoppelt Induktor oder Transformator zusammen mit seiner R-C-Diode Pulsationsdämpfer Schaltung dargestellt. Die integrierten Schaltung hilft, einen Pfad für die gespeicherte Energie der primären Transformator Seite in eines der Flyback Converter Betriebsarten angeben.

Der fünfte Bereich umfasst Niederleistungs-Elektronik, die Schaltimpulse, die MOSFETs zu generieren und bieten Schutz für den Vorstand einschließlich der Überstrom- und Überspannungsschutz. Eine separate Stromversorgung DC ist unten links neben der das Board neben Schalter "S90" verbunden, Power für alle Low-Stromkreise einschaltet, so dass die Hochleistungs-Seite, d. h. Bereiche 1-4, einwandfrei funktionieren kann. Die externe DC-Netzteil und dem Anschluss, der Stecker die Power Pole gegenüber sind in Abb. 7 und 8 gezeigt.

Abbildung 1: HiRel Leistungskarte Pole mit fünf großen Bereiche Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2: Zoom-in der Zone 1.

Abbildung 3: Zoom-in der Zone 2.

Abbildung 4: Zoom-in der Zone 3.

Abbildung 5: BB-Board.

Abbildung 6: Flyback Board.

Abbildung 7: Externe Stromversorgung für die Low-Power-Elektronik.

Abbildung 8: Externe Netzteil-Anschluss.

Dieses Verfahren konzentriert sich hauptsächlich auf die Fähigkeit der Strommast Board anpassen Schaltimpulse an den oberen und unteren MOSFETs

1. setup

1. Verbinden Sie die externe DC-Stromversorgung in den Strommast-Vorstand.
2. Schalten Sie "S90."
3. Beachten Sie, dass die grüne LED ON schaltet.
4. Überprüfen Sie die Standorte der "S90" und die grüne LED in Abb. 9.
5. Legen Sie den zweiten Schiebeschalter im blauen Schalter Array auf "Int. PWM. Überprüfen Sie den Speicherort des Schiebe Schalter Arrays in Abb. 10.
   1. Int PWM"Einstellung bedeutet, dass der Schaltimpuls (PWM: Puls breite Modulation), entweder MOSFET wird auf dem Strommast Brett selbst generiert.
   2. Ext. PWM"bedeutet, dass der Schaltimpuls an beiden MOSFET von einer externen Quelle, z. B. Funktionsgenerator oder Mikro-Controller erzeugt wird.
6. Legen Sie die erste Schiebeschalter in das blaue Feld auf "TOP FET." Nur ein PWM-Signal auf die Power-Pole-Board erzeugt wird, muss daher eines der MOSFETs als empfangende Puls gewählt werden. Sobald ein MOSFET ausgewählt ist, sollten diese MOSFET nun ein-und ausschalten können.
   1. TOP FET "Auswahl bedeutet, dass die oberen MOSFET der Schaltimpuls erhalten werden.
   2. BOT-FET"Auswahl bedeutet, dass die untere MOSFET der Schaltimpuls erhalten werden.

Abbildung 9 . Externes Netzteil-Anschluss, Hauptschalter und LED-Anzeige

Abbildung 10 . Regler Schalter Array

(2) Messungen zur Überwachung der MOSFET Gate-Impulse

1. Schalten Sie auf einem Oszilloskop.
2. Eine regelmäßige 10 X Sonde an des Oszilloskops Kanal 1 anschließen.
3. Richten Sie das Oszilloskop Kanal 1 in DC Kupplung um zu sehen, die PWM Versatz.
4. Richten Sie Kanal 1 für 10 X Sonde skaliert werden.
5. Richten Sie Messungen auf dem Oszilloskop zur Messung der Frequenz und positive Einschaltdauer des Signals auf Kanal 1 gemessen werden.
6. Haken Sie die Sonde Mess Clip "PWM" PIN in Abb. 10 dargestellt.
7. Anschließen der Sonde mit dem "GND" Pin in Abb. 10 dargestellt.
8. Auf dem Oszilloskop Bildschirm beobachten eine Impulsfolge ist das PWM Signal zu den oberen Schalter Gate-Treiber.
   1. Um sicherzustellen, dass die oberen MOSFET Schaltung ist, entfernen Sie der Sonde Mess-Clip und Haken es an den "Gate"-Stift auf der Oberseite der oberen MOSFET gezeigt in Abb. 11 links. Sie sollten eine ähnliche beobachten Wellenform an, die Sie gesehen haben, wenn die PWM Pin sondiert werden war.
   2. Um sicherzustellen, dass die untere MOSFET nicht umschalten ist, entfernen Sie die Sonde Mess Clip aus der "Obertor" Stift und legen Sie sie auf den unteren "Gate"-Bolzen in Abb. 11 dargestellt. Spannungsfreiheit zu beachten.
9. Wieder aufsetzen der Sonde Clip auf dem "PWM" Pin.
10. Passen Sie das Tastverhältnis des Signals "PWM" durch eine Änderung der Potentiometer Drehknopf in Abb. 12 dargestellt. Im Uhrzeigersinn das Tastverhältnis von Null auf 100 % erhöht, und gehen gegen den Uhrzeigersinn verringert.
11. Passen Sie die PWM-Frequenz durch Rechtsdrehen das Potentiometer in Abb. 13 gezeigt. Verwenden Sie einen kleinen Schraubenzieher, um die Schneckenposition anzupassen.
    1. Beachten Sie, dass die Anzahl der Impulse auf dem Oszilloskop Bildschirm angezeigten erhöht oder verringert, da das Potentiometer eingestellt ist.
12. Wiederholen Sie das oben beschriebene Verfahren mit der BOT FET Auswahl und Überprüfung um sicherzustellen, dass die untere MOSFET-Tor nun ein Schaltimpuls sehen ist

Abbildung 11 : Gate-Signal PIN.

Abbildung 12 : Potentiometer Duty Cycle Anpassung.

Abbildung 13 : Potentiometer der Frequenz-Einstellung

3. Schalten Sie die Schaltung

1. Deaktivieren Sie "S90."
2. Trennen Sie die externe DC-Stromversorgung.
3. Trennen Sie das Oszilloskop von beiden Seiten.
4. Schalten Sie das Oszilloskop.

Ein PWM-Impuls wird voraussichtlich auf dem Oszilloskop Bildschirm gesehen werden. Das Tastverhältnis ist eine wichtige Stellgröße für DC/DC-Wandler, wie die Zeit angepasst, in dem ein MOSFET oder einem anderen Halbleiter aktiv gesteuerten Schalter auf ist. Alle Eingabe-Ausgangsspannung Beziehungen des DC/DC-Wandler setzen auf den Wert dieses Tastverhältnis, zusammen mit einigen anderen Variablen in einige Konverter-Topologien.

Die Schaltfrequenz ist von entscheidender Bedeutung in der Komponentenauswahl wie die maximale Betriebsfrequenz Komponenten variiert nach Komponententyp und Design je. Höhere Schaltfrequenzen typischerweise ergeben kleinere Spannung und aktuellen Wellen jedoch erfordern größere Kondensatoren und Induktivitäten.

DC/DC-Wandler sind sehr häufig in DC-Netzteile, Elektronik zu berechnen, und viele andere elektronischen Schaltungen Stromversorgung verwendet. Zum Beispiel erfordert Motorantrieb einige kleinere DC-Netzteile an die Macht seiner Niederleistungs-Elektronik, Schutzschaltungen und Hochleistungs-Torantrieben. Computer-Prozessoren und andere Peripheriegeräte und Zubehör benötigen sehr gut geregelte Gleichspannungen, die durch DC-Netzteile bereitgestellt werden. Regenerative Energiesysteme, z.B. Sonnenkollektoren erfordern DC/DC-Wandler, die DC-Ausgangsspannung der Paneele zu regulieren, da die solare Einstrahlung und Temperatur verursacht Variation in der Solar-Panel Spannung und Stromausgänge variieren. Vielen anderen industriellen, Verkehr, Militär und andere Anwendungen verwenden DC/DC-Wandler anstelle von Linearregler durch ihre hohe Effizienz, hohe Leistung und hervorragende Verordnung.